(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＮＯX を吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると、吸収したＮＯX を排気ガス中に含まれる還元剤によって放出し還元するＮＯX 吸収剤が機関排気通路内に配置され、該ＮＯX 吸収剤下流の機関排気通路内に空燃比検出手段が配置され、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯX がＮＯX 吸収剤に吸収され、ＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出すべきときにはＮＯX 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされると共に、ＮＯX 吸収剤からのＮＯX の放出が完了する頃になると空燃比検出手段の出力信号レベルがリッチであることを示すレベルに向けて変化し、空燃比検出手段の出力信号レベルが基準レベルを越えたときにＮＯX 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチからリーンに切換えるようにした内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯX 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときに、ＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出し還元するために使用されなかった余剰の還元剤がアンモニアの形でＮＯX 吸収剤から排出され、ＮＯX 吸収剤下流の排気通路内にアンモニア濃度を検出しうるセンサを配置し、ＮＯX 吸収剤からのＮＯX の放出が完了したときに排気ガスの空燃比がリッチからリーンに切換えられるように該センサにより検出されたアンモニア濃度の変化に基づいて上記基準レベルを変化させるようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記センサにより検出されたアンモニア濃度の変化から上記余剰の還元剤量を表す代表値を求め、該代表値が目標値となるように上記基準レベルを変化させるようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記センサにより検出されたアンモニア濃度の積算値が上記代表値とされる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記センサにより検出されたアンモニア濃度の最大値が上記代表値とされる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記センサは排気ガス中のアンモニア濃度に加えて排気ガス中のＮＯＸ  濃度の検出が可能であり、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに該センサによって検出されたＮＯＸ  濃度が予め定められた設定値を越えたときにＮＯＸ  吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切換えられる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
ＮＯＸ  吸収剤に吸収されているＮＯＸ  量を推定するためのＮＯＸ  吸収量推定手段を具備し、該ＮＯＸ  吸収量推定手段により推定されたＮＯＸ  量に基づいて、ＮＯＸ  吸収剤に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするリッチ時間間隔を制御するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
上記ＮＯＸ  吸収量推定手段により推定されたＮＯＸ  吸収量が許容値を越えたときにＮＯＸ  吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに一時的に切換えられる請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
ＮＯＸ  吸収剤のＮＯＸ  吸収能力を推定するためのＮＯＸ  吸収能力推定手段を具備し、該ＮＯＸ  吸収能力推定手段により推定されたＮＯＸ  吸収能力が低下するほど上記許容値が低下せしめられる請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
上記センサは排気ガス中のアンモニア濃度に加えて排気ガス中のＮＯＸ  濃度の検出が可能であり、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに上記ＮＯＸ  吸収量推定手段により推定されたＮＯＸ  吸収量が上記許容値を越えていないのにもかかわらずに該センサによって検出されたＮＯＸ  濃度が予め定められた設定値を越えたときにはＮＯＸ  吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切換えられる請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
上記センサは排気ガス中のアンモニア濃度に加えて排気ガス中のＮＯＸ  濃度の検出が可能であり、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに上記ＮＯＸ  吸収量推定手段により推定されたＮＯＸ  吸収量が上記許容値を越えていないのにもかかわらずに該センサによって検出されたＮＯＸ  濃度が予め定められた設定値を越えたときには上記許容値が低下せしめられる請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【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】
流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＮＯＸ  を吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯＸ  を排気ガス中に含まれる還元剤によって放出し還元するＮＯＸ  吸収剤を機関排気通路内に配置し、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯＸ  がＮＯＸ  吸収剤に吸収され、ＮＯＸ  吸収剤からＮＯＸ  を放出すべきときにはＮＯＸ  吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするようにした内燃機関が公知である。
【０００３】
ところでこのような内燃機関ではＮＯＸ  吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチにした場合、ＮＯＸ  吸収剤からのＮＯＸ  放出作用が行われている間は通常ＮＯＸ  吸収剤から流出する排気ガスの空燃比がわずかばかりリーンとなっており、ＮＯＸ  吸収剤からのＮＯＸ  の放出作用が完了するとＮＯＸ  吸収剤から流出する排気ガスの空燃比がリッチになる。
【０００４】
そこでこのような内燃機関においてＮＯＸ  吸収剤からのＮＯＸ  の放出が完了したときにＮＯＸ  吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチからリーンに切換えるために、排気ガスの空燃比に比例したレベルの出力を発生する空燃比センサをＮＯＸ  吸収剤下流の排気通路内に配置し、ＮＯＸ  吸収剤からＮＯＸ  を放出すべくＮＯＸ  吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切換えられた後においてＮＯＸ  吸収剤から流出する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切換わるときの空燃比センサの出力レベルの変化率が予め定められた変化率を越えたときにＮＯＸ  吸収剤からのＮＯＸ  放出作用が完了したと判断するようにした内燃機関が公知である（特開平８−２３２６４６号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで空燃比センサの出力レベルはＮＯＸ  吸収剤からのＮＯＸ  の放出が完了すると応答性よく変化するので上述の如く空燃比センサの出力レベルの変化からＮＯＸ  の放出作用が完了したか否かを判断すればＮＯＸ  の放出作用が完了したときに応答性よくＮＯＸ  吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチからリーンに切換えることができる。しかしながら空燃比センサやＮＯＸ  吸収剤の性能のばらつき、或いは経時変化によってＮＯＸ  放出完了時における空燃比センサの出力レベルはいろいろな変化のしかたをするので出力レベルの変化率が予め定められた変化率を越えたからといって必ずしもＮＯＸ  の放出作用が完了したことにはならない。従ってこのようなやり方ではＮＯＸ  の放出完了時に空燃比をリッチからリーンに切換えるのは困難であるという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために１番目の発明では、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＮＯX を吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると、吸収したＮＯX を排気ガス中に含まれる還元剤によって放出し還元するＮＯX 吸収剤が機関排気通路内に配置され、ＮＯX 吸収剤下流の機関排気通路内に空燃比検出手段が配置され、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯX がＮＯX 吸収剤に吸収され、ＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出すべきときにはＮＯX 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされると共に、ＮＯX 吸収剤からのＮＯX の放出が完了する頃になると空燃比検出手段の出力信号レベルがリッチであることを示すレベルに向けて変化し、空燃比検出手段の出力信号レベルが基準レベルを越えたときにＮＯX 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチからリーンに切換えるようにした内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯX 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときに、ＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出し還元するために使用されなかった余剰の還元剤がアンモニアの形でＮＯX 吸収剤から排出され、ＮＯX 吸収剤下流の排気通路内にアンモニア濃度を検出しうるセンサを配置し、ＮＯX 吸収剤からのＮＯX の放出が完了したときに排気ガスの空燃比がリッチからリーンに切換えられるようにこのセンサにより検出されたアンモニア濃度の変化に基づいて基準レベルを変化させるようにしている。
【０００７】
２番目の発明では１番目の発明において、センサにより検出されたアンモニア濃度の変化から余剰の還元剤量を表す代表値を求め、この代表値が目標値となるように基準レベルを変化させるようにしている。
３番目の発明では２番目の発明において、センサにより検出されたアンモニア濃度の積算値が代表値とされる。
【０００８】
４番目の発明では２番目の発明において、センサにより検出されたアンモニア濃度の最大値が代表値とされる。
５番目の発明では１番目の発明において、センサは排気ガス中のアンモニア濃度に加えて排気ガス中のＮＯＸ  濃度の検出が可能であり、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときにセンサによって検出されたＮＯＸ  濃度が予め定められた設定値を越えたときにＮＯＸ  吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切換えられる。
【０００９】
６番目の発明では１番目の発明において、ＮＯＸ  吸収剤に吸収されているＮＯＸ  量を推定するためのＮＯＸ  吸収量推定手段を具備し、ＮＯＸ  吸収量推定手段により推定されたＮＯＸ  量に基づいて、ＮＯＸ  吸収剤に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするリッチ時間間隔を制御するようにしている。
７番目の発明では６番目の発明において、ＮＯＸ  吸収量推定手段により推定されたＮＯＸ  吸収量が許容値を越えたときにＮＯＸ  吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに一時的に切換えられる。
【００１０】
８番目の発明では７番目の発明において、ＮＯＸ  吸収剤のＮＯＸ  吸収能力を推定するためのＮＯＸ  吸収能力推定手段を具備し、ＮＯＸ  吸収能力推定手段により推定されたＮＯＸ  吸収能力が低下するほど許容値が低下せしめられる。
９番目の発明では７番目の発明において、センサは排気ガス中のアンモニア濃度に加えて排気ガス中のＮＯＸ  濃度の検出が可能であり、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときにＮＯＸ  吸収量推定手段により推定されたＮＯＸ  吸収量が許容値を越えていないのにもかかわらずにセンサによって検出されたＮＯＸ  濃度が予め定められた設定値を越えたときにはＮＯＸ  吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切換えられる。
【００１１】
１０番目の発明では７番目の発明において、センサは排気ガス中のアンモニア濃度に加えて排気ガス中のＮＯＸ  濃度の検出が可能であり、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときにＮＯＸ  吸収量推定手段により推定されたＮＯＸ  吸収量が許容値を越えていないのにもかかわらずにセンサによって検出されたＮＯＸ  濃度が予め定められた設定値を越えたときには許容値が低下せしめられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を筒内噴射式火花点火機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明は圧縮着火式内燃機関に適用することもできる。
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートを夫々示す。図１に示されるようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火栓１０が配置され、シリンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。また、ピストン３の頂面上には燃料噴射弁１１の下方から点火栓１０の下方まで延びるキャビティ１２が形成されている。
【００１３】
各気筒の吸気ポート７は夫々対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気ダクト１５およびエアフロメータ１６を介してエアクリーナ（図示せず）に連結される。吸気ダクト１５内にはステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結され、この排気マニホルド１９は酸化触媒又は三元触媒２０を内臓した触媒コンバータ２１および排気管２２を介してＮＯＸ  吸収剤２３を内臓したケーシング２４に連結される。排気マニホルド１９とサージタンク１４とは再循環排気ガス（以下ＥＧＲガスという）導管２６を介して互いに連結され、このＥＧＲガス導管２６内にはＥＧＲガス制御弁２７が配置される。
【００１４】
電子制御ユニット３１はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を具備する。エアフロメータ１６は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。排気マニホルド１９には空燃比を検出するための空燃比センサ２８が取付けられ、この空燃比センサ２８の出力信号が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、ＮＯＸ  吸収剤２３を内臓したケーシング２４の出口に接続された排気管２５内には排気ガス中のＮＯＸ  濃度およびアンモニア濃度を共に検出可能なＮＯＸ  アンモニアセンサ２９および空燃比センサ３０が配置され、これらＮＯＸ  アンモニアセンサ２９および空燃比センサ３０の出力信号が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
【００１５】
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、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４２は例えばクランクシャフトが３０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４２の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３９を介して点火栓１０、燃料噴射弁１１、ステップモータ１７およびＥＧＲ制御弁２７に接続される。
【００１６】
次に図２を参照しつつ図１に示されるＮＯＸ  アンモニアセンサ２９のセンサ部の構造について簡単に説明する。
図２を参照すると、ＮＯＸ  アンモニアセンサ２９のセンサ部は互いに積層された６つの酸化ジルコニア等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなり、これらの６つの固体電解質層を以下、上から順に第１層Ｌ１  、第２層Ｌ２  、第３層Ｌ３  、第４層Ｌ４  、第５層Ｌ５  、第６層Ｌ６  と称する。
【００１７】
図２を参照すると、第１層Ｌ１  と第３層Ｌ３  との間に例えば多孔質の又は細孔が形成されている第１の拡散律速部材５０と第２の拡散律速部材５１とが配置されており、これら拡散律速部材５０と５１間には第１室５２が、第２の拡散律速部材５１と第２層Ｌ２  間には第２室５３が形成されている。また、第３層Ｌ３  と第５層Ｌ５  間には外気に連通している大気室５４が形成されている。一方、第１の拡散律速部材５０の外端面は排気ガスと接触している。従って排気ガスは第１の拡散律速部材５０を介して第１室５２内に流入し、斯くして第１室５２内は排気ガスで満たされている。
【００１８】
一方、第１室５２に面する第１層Ｌ１  の内周面上には陰極側第１ポンプ電極５５が形成されており、第１層Ｌ１  の外周面上には陽極側第１ポンプ電極５６が形成されており、これら第１ポンプ電極５５，５６間には第１ポンプ電圧源５７により電圧が印加される。第１ポンプ電極５５，５６間に電圧が印加されると第１室５２内の排気ガス中に含まれる酸素が陰極側第１ポンプ電極５５と接触して酸素イオンとなり、この酸素イオンは第１層Ｌ１  内を陽極側第１ポンプ電極５６に向けて流れる。従って第１室５２内の排気ガス中に含まれる酸素は第１層Ｌ１  内を移動して外部に汲み出されることになり、このとき外部に汲み出される酸素量は第１ポンプ電圧源５７の電圧が高くなるほど多くなる。
【００１９】
一方、大気室５４に面する第３層Ｌ３  の内周面上には基準電極５８が形成されている。ところで酸素イオン伝導性固体電解質では固体電解質層の両側において酸素濃度に差があると酸素濃度の高い側から酸素濃度の低い側に向けて固体電解質層内を酸素イオンが移動する。図２に示す例では大気室５４内の酸素濃度の方が第１室５２内の酸素濃度よりも高いので大気室５４内の酸素は基準電極５８と接触することにより電荷を受け取って酸素イオンとなり、この酸素イオンは第３層Ｌ３  、第２層Ｌ２  および第１層Ｌ１  内を移動し、陰極側第１ポンプ電極５５において電荷を放出する。その結果、基準電極５８と陰極側第１ポンプ電極５５間に符号５９で示す電圧Ｖ０  が発生する。この電圧Ｖ０  は大気圧室５４内と第１室５２内の酸素濃度差に比例する。
【００２０】
図２に示される例ではこの電圧Ｖ０  が、第１室５２内の酸素濃度が１ｐ．ｐ．ｍ．のときに生ずる電圧に一致するように第１ポンプ電圧源５７の電圧がフィードバック制御される。即ち、第１室５２内の酸素は第１室５２内の酸素濃度が１ｐ．ｐ．ｍ．となるように第１層Ｌ１  を通って汲み出され、それによって第１室５２内の酸素濃度が１ｐ．ｐ．ｍ．に維持される。
【００２１】
なお、陰極側第１ポンプ電極５５はＮＯＸ  に対しては還元性の低い材料、例えば金Ａｕと白金Ｐｔとの合金から形成されており、従って排気ガス中に含まれるＮＯＸ  は第１室５２内ではほとんど還元されない。従ってこのＮＯＸ  は第２の拡散律速部材５１を通って第２室５３内に流入する。
一方、第２室５３に面する第１層Ｌ１  の内周面上には陰極側第２ポンプ電極６０が形成されており、この陰極側第２ポンプ電極６０と陽極側第１ポンプ電極５５６間には第２ポンプ電圧源６１により電圧が印加される。これらポンプ電極６０，５６間に電圧が印加されると第２室５３内の排気ガス中に含まれる酸素が陰極側第２ポンプ電極６０と接触して酸素イオンとなり、この酸素イオンは第１層Ｌ１  内を陽極側第１ポンプ電極５６に向けて流れる。従って第２室５３内の排気ガス中に含まれる酸素は第１層Ｌ１  内を移動して外部に汲み出されることになり、このとき外部に汲み出される酸素量は第２ポンプ電圧源６１の電圧が高くなるほど多くなる。
【００２２】
一方、前述したように酸素イオン伝導性固体電解質では固体電解質層の両側において酸素濃度に差があると酸素濃度の高い側から酸素濃度の低い側に向けて固体電解質層内を酸素イオンが移動する。図２に示す例では大気室５４内の酸素濃度の方が第２室５３内の酸素濃度よりも高いので大気室５４内の酸素は基準電極５８と接触することにより電荷を受け取って酸素イオンとなり、この酸素イオンは第３層Ｌ３  、第２層Ｌ２  および第１層Ｌ１  内を移動し、陰極側第２ポンプ電極６０において電荷を放出する。その結果、基準電極５８と陰極側第２ポンプ電極６０間に符号６２で示す電圧Ｖ１  が発生する。この電圧Ｖ１  は大気圧室５４内と第２室５３内の酸素濃度差に比例する。
【００２３】
図２に示される例ではこの電圧Ｖ１  が、第２室５３内の酸素濃度が０．０１ｐ．ｐ．ｍ．のときに生ずる電圧に一致するように第２ポンプ電圧源６１の電圧がフィードバック制御される。即ち、第２室５３内の酸素は第２室５３内の酸素濃度が０．０１ｐ．ｐ．ｍ．となるように第１層Ｌ１  を通って汲み出され、それによって第２室５３内の酸素濃度が０．０１ｐ．ｐ．ｍ．に維持される。
【００２４】
なお、陰極側第２ポンプ電極６０もＮＯＸ  に対しては還元性の低い材料、例えば金Ａｕと白金Ｐｔとの合金から形成されており、従って排気ガス中に含まれるＮＯＸ  は陰極側第２ポンプ電極６０と接触してもほとんど還元されない。
一方、第２室５３に面する第３層Ｌ３  の内周面上にはＮＯＸ  検出用の陰極側ポンプ電極６３が形成されている。この陰極側ポンプ電極６３はＮＯＸ  に対して強い還元性を有する材料、例えばロジウムＲｈや白金Ｐｔから形成されている。従って第２室５３内のＮＯＸ  、実際には大部分を占めるＮＯが陰極側ポンプ電極６３上においてＮ２  とＯ２  に分解される。図２に示されるようにこの陰極側ポンプ電極６３と基準電極５８間には一定電圧６４が印加されており、従って陰極側ポンプ電極６３上において分解生成されたＯ２  は酸素イオンとなって第３層Ｌ３  内を基準電極５８に向けて移動する。このとき陰極側ポンプ電極６３と基準電極５８間にはこの酸素イオン量に比例した符号６５で示す電流Ｉ１  が流れる。
【００２５】
前述したように第１室５２内ではＮＯＸ  はほとんど還元されず、また第２室５３内には酸素はほとんど存在しない。従って電流Ｉ１  は排気ガス中に含まれるＮＯＸ  濃度に比例することになり、斯くして電流Ｉ１  から排気ガス中のＮＯＸ  濃度を検出できることになる。
一方、排気ガス中に含まれるアンモニアＮＨ３  は第１室５２内においてＮＯとＨ２Ｏに分解され（４ＮＨ３  ＋５Ｏ２  →４ＮＯ＋６Ｈ２Ｏ）、この分解されたＮＯは第２の拡散律速部材５１を通って第２室５３内に流入する。このＮＯは陰極側ポンプ電極６３上においてＮ２  とＯ２  に分解され、分解生成されたＯ２  は酸素イオンとなって第３層Ｌ３  内を基準電極５８に向けて移動する。このときにも電流Ｉ１  は排気ガス中に含まれるＮＨ３  濃度に比例し、斯くして電流Ｉ１  から排気ガス中のＮＨ３  濃度を検出できることになる。
【００２６】
図３は電流Ｉ１  と、排気ガス中のＮＯＸ  濃度およびＮＨ３  濃度との関係を示している。図３から電流Ｉ１  は排気ガス中のＮＯＸ  濃度およびＮＨ３  濃度に比例していることがわかる。
一方、排気ガス中の酸素濃度が高いほど、即ち空燃比がリーンであるほど第１室５２から外部に汲み出される酸素量が多くなり、符号６６で示す電流Ｉ２  が増大する。従ってこの電流Ｉ２  から排気ガスの空燃比を検出することができる。
【００２７】
なお、第５層Ｌ５  と第６層Ｌ６  との間にはＮＯＸ  アンモニアセンサ２９のセンサ部を加熱するための電気ヒータ６７が配置されており、この電気ヒータ６７によってＮＯＸ  アンモニアセンサ２９のセンサ部は７００℃から８００℃に加熱される。
図４はＮＯＸ  吸収剤２３下流の排気管２５内に配置された空燃比センサ３０の出力電圧Ｅ（Ｖ）、即ち一般的な表現を用いると空燃比検出手段の出力信号レベルを示している。図４からわかるように空燃比センサ３０は排気ガスの空燃比がリッチのときには０．９（Ｖ）程度の出力電圧を発生し、排気ガスの空燃比がリーンのときには０．１（Ｖ）程度の出力電圧を発生する。即ち、図４に示される例ではリッチであることを示す出力信号レベルは０．９（Ｖ）であり、リーンであることを示す出力信号レベルは０．１（Ｖ）である。
【００２８】
一方、前述したようにＮＯＸ  アンモニアセンサ６６の電流Ｉ２  から排気ガスの空燃比を検出することができ、従って空燃比検出手段としてＮＯＸ  アンモニアセンサ２９を用いることもできる。この場合には空燃比センサ３０を設ける必要がない。
次に図５（Ａ）を参照しつつ図１に示す内燃機関の燃料噴射制御について説明する。なお、図５（Ａ）において縦軸は機関負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）を表しており、横軸は機関回転数Ｎを表している。
【００２９】
図５（Ａ）において実線Ｘ１  よりも低負荷側の運転領域では成層燃焼が行われる。即ち、このときには図１に示されるように圧縮行程末期に燃料噴射弁１１からキャビティ１２内に向けて燃料Ｆが噴射される。この燃料はキャビティ１２の内周面により案内されて点火栓１０周りに混合気を形成し、この混合気が点火栓１０によって着火燃焼せしめられる。このとき燃焼室５内における平均空燃比はリーンとなっている。
【００３０】
一方、図５（Ａ）において実線Ｘ１  よりも高負荷側の領域では吸気行程中に燃料噴射弁１１から燃料が噴射され、このときには均一混合気燃焼が行われる。なお、実線Ｘ１  と鎖線Ｘ２  の間ではリーン空燃比のもとで均一混合気燃焼が行われ、鎖線Ｘ２  と鎖線Ｘ３  の間では理論空燃比のもとで均一混合気燃焼が行われ、鎖線Ｘ３  よりも高負荷側ではリッチ空燃比のもとで均一混合気燃焼が行われる。
【００３１】
本発明では空燃比を理論空燃比とするのに必要な基本燃料噴射量ＴＡＵが図５（Ｂ）に示すように機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３４内に記憶されており、基本的にはこの基本燃料噴射量ＴＡＵに補正係数Ｋを乗算することによって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝Ｋ・ＴＡＵ）が算出される。この補正係数Ｋは図５（Ｃ）に示されるように機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３４内に記憶されている。
【００３２】
この補正係数Ｋの値はリーン空燃比のもとで燃焼が行われる図５（Ａ）の鎖線Ｘ２  よりも低負荷側の運転領域では１．０よりも小さく、リッチ空燃比のもとで燃焼が行われる図５（Ａ）の鎖線Ｘ３  よりも高負荷側の運転領域では１．０よりも大きくなる。また、この補正係数Ｋは鎖線Ｘ２  と鎖線Ｘ３  との間の運転領域では１．０とされ、このとき空燃比は理論空燃比となるように空燃比センサ２８の出力信号に基づいてフィードバック制御される。
【００３３】
機関排気通路内に配置されたＮＯＸ  吸収剤２３は例えばアルミナを担体とし、この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のような希土類から選ばれた少くとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。この場合、ケーシング２４内に例えばコージライトからなるパティキュレートフィルタを配置し、このパティキュレートフィルタ上にアルミナを担体とするＮＯＸ  吸収剤２３を担持させることもできる。
【００３４】
いずれの場合であっても、機関吸気通路、燃焼室５およびＮＯＸ  吸収剤２３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ＮＯＸ  吸収剤２３への流入排気ガスの空燃比と称するとこのＮＯＸ  吸収剤２３は流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯＸ  を吸収し、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯＸ  を放出するＮＯＸ  の吸放出作用を行う。
【００３５】
このＮＯＸ  吸収剤２３を機関排気通路内に配置すればＮＯＸ  吸収剤２３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図６に示す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、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００３６】
図１に示される内燃機関では使用頻度の高い大部分の運転状態において空燃比がリーンの状態で燃焼が行われる。このように空燃比がリーンの状態で燃焼が行われている場合には排気ガス中の酸素濃度は高く、このときには図６（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ２  がＯ２−又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ２−又はＯ２−と反応し、ＮＯ２  となる（２ＮＯ＋Ｏ２  →２ＮＯ２  ）。次いで生成されたＮＯ２  の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら図６（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ３−の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯＸ  がＮＯＸ  吸収剤２３内に吸収される。流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ２  が生成され、吸収剤のＮＯＸ  吸収能力が飽和しない限りＮＯ２  が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ３−が生成される。
【００３７】
一方、流入排気ガスの空燃比がリッチにされると流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、その結果白金Ｐｔの表面でのＮＯ２  の生成量が低下する。ＮＯ２  の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ３−→ＮＯ２  ）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ３−がＮＯ２  の形で吸収剤から放出される。このときＮＯＸ  吸収剤２３から放出されたＮＯＸ  は図６（Ｂ）に示されるように流入排気ガス中に含まれる多量の未燃ＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ２  が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ２  が放出される。従って流入排気ガスの空燃比がリッチにされると短時間のうちにＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  が放出され、しかもこの放出されたＮＯＸ  が還元されるために大気中にＮＯＸ  が排出されることはない。
【００３８】
なお、この場合、流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にしてもＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  が放出される。しかしながら流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にした場合にはＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  が徐々にしか放出されないためにＮＯＸ  吸収剤２３に吸収されている全ＮＯＸ  を放出させるには若干長い時間を要する。
【００３９】
ところでＮＯＸ  吸収剤２３のＮＯＸ  吸収能力には限度があり、従ってＮＯＸ  吸収剤２３のＮＯＸ  吸収能力が飽和する前にＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  を放出させる必要がある。ところがＮＯＸ  吸収剤２３はＮＯＸ  吸収能力が十分なうちは排気ガス中に含まれるほとんど全てのＮＯＸ  を吸収するがＮＯＸ  吸収能力の限界に近ずくと一部のＮＯＸ  を吸収しえなくなり、斯くしてＮＯＸ  吸収剤２３がＮＯＸ  吸収能力の限界に近ずくとＮＯＸ  吸収剤２３から排出されるＮＯＸ  量が増大しはじめる。
【００４０】
そこで本発明による第１実施例ではＮＯＸ  吸収剤２３から排出されるＮＯＸ  量が増大しはじめたときにＮＯＸ  吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにしてＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  を放出させるようにしている。この場合、ＮＯＸ  吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする方法は種々の方法がある。例えば、燃焼室５内における混合気の平均空燃比をリッチにすることにより排気ガスの空燃比をリッチにすることもできるし、膨張行程末期又は排気行程中に追加の燃料を噴射することによって排気ガスの空燃比をリッチにすることもできるし、またＮＯＸ  吸収剤２３上流の排気通路内に追加の燃料を噴射することによって排気ガスの空燃比をリッチにすることもできる。本発明による実施例では１番目の方法、即ちリッチ空燃比のもとで均一混合気燃焼を行わせることによって排気ガスの空燃比をリッチにするようにしている。
【００４１】
ところで排気ガス中にはＳＯＸ  が含まれており、ＮＯＸ  吸収剤２３にはＮＯＸ  ばかりでなくＳＯＸ  も吸収される。このＮＯＸ  吸収剤２３へのＳＯＸ  の吸収メカニズムはＮＯＸ  の吸収メカニズムと同じであると考えられる。
即ち、ＮＯＸ  の吸収メカニズムを説明したときと同様に担体上に白金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と、前述したように流入排気ガスの空燃比がリーンのときには酸素Ｏ２  がＯ２−又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入排気ガス中のＳＯ２  は白金Ｐｔの表面上でＯ２−又はＯ２−と反応してＳＯ３  となる。次いで生成されたＳＯ３  の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ４２−  の形で吸収剤内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ４  を生成する。
【００４２】
しかしながらこの硫酸塩ＢａＳＯ４  は安定していて分解しづらく、流入排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ４  は分解されずにそのまま残る。従ってＮＯＸ  吸収剤２３内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ４  が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれてＮＯＸ  吸収剤２３が吸収しうるＮＯＸ  量が低下することになる。即ち、時間が経過するにつれてＮＯＸ  吸収剤２３が劣化することになる。
【００４３】
ところがこの場合、ＮＯＸ  吸収剤２３の温度が一定温度、例えば６００℃以上になるとＮＯＸ  吸収剤２３内において硫酸塩ＢａＳＯ４  が分解し、このときＮＯＸ  吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯＸ  吸収剤２３からＳＯＸ  を放出させることができる。そこで本発明による実施例ではＮＯＸ  吸収剤２３からＳＯＸ  を放出すべきときにＮＯＸ  吸収剤２３の温度が高い場合にはＮＯＸ  吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしてＮＯＸ  吸収剤２３からＳＯＸ  を放出させ、ＳＯＸ  を放出すべきときにＮＯＸ  吸収剤２３の温度が低い場合にはＮＯＸ  吸収剤２３の温度を上昇させると共にＮＯＸ  吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするようにしている。
【００４４】
次に、ＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  を放出すべくＮＯＸ  吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしたときの還元剤の量とＮＯＸ  吸収剤２３から排出された排気ガス中のアンモニアＮＨ３  の濃度との関係について説明する。
まず初めに還元剤の量について説明すると、ＮＯＸ  吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にするのに必要な燃料量に対して過剰な燃料がＮＯＸ  の放出および還元のために使用されるのでこの過剰な燃料の量がＮＯＸ  の放出および還元に使用される還元剤の量に一致する。このことは、ＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  を放出すべきときに燃焼室５内における混合気の空燃比をリッチにした場合でも、膨張行程末期又は排気行程中に追加の燃料を噴射した場合でも、ＮＯＸ  吸収剤２３上流の排気通路内に追加の燃料を噴射した場合でも当てはまる。
【００４５】
次にアンモニアの濃度について説明すると、空燃比がリーンのとき、即ち酸化雰囲気のときにはアンモニアＮＨ３  はほとんど発生しない。ところが空燃比がリッチになると、即ち還元雰囲気になると吸入空気中又は排気ガス中の窒素Ｎ２  が酸化触媒又は三元触媒２０において炭化水素ＨＣにより還元され、アンモニアＮＨ３  が生成される。しかしながら空燃比がリッチになるとＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  が放出され、生成されたアンモニアＮＨ３  はこのＮＯＸ  を還元するために使用されるのでＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  が放出されている間は、より正確に言うと供給された還元剤がＮＯＸ  の放出および還元のために使用されている間はＮＯＸ  吸収剤２３からアンモニアＮＨ３  は排出されない。これに対してＮＯＸ  吸収剤２３からのＮＯＸ  の放出が完了した後も空燃比がリッチにされていると、より正確に言うとＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  を放出し還元するために使用されない余剰の還元剤が供給されるとアンモニアＮＨ３  はもはやＮＯＸ  の還元のために消費されることがなくなり、斯くしてこのときにはＮＯＸ  吸収剤２３からアンモニアＮＨ３  が排出されることになる。
【００４６】
このことはＮＯＸ  吸収剤２３の上流に酸化触媒又は三元触媒２０が設けられていない場合でも生ずる。即ち、ＮＯＸ  吸収剤２３も還元機能を有する白金Ｐｔ等の触媒を具えているので空燃比がリッチになるとＮＯＸ  吸収剤２３においてアンモニアＮＨ３  が生成される可能性がある。しかしながらたとえアンモニアＮＨ３  が生成されたとしてもこのアンモニアＮＨ３  はＮＯＸ  吸収剤２３から放出されたＮＯＸ  を還元するために使用されるためにＮＯＸ  吸収剤２３からはアンモニアＮＨ３  が排出されない。ところがＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  を放出し還元するために使用されない余剰の還元剤が供給されると前述したようにＮＯＸ  吸収剤２３からアンモニアＮＨ３  が排出されることになる。
【００４７】
このようにＮＯＸ  吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときにＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  を放出し還元するために使用されない余剰の還元剤が供給されるとこの余剰の還元剤はアンモニアＮＨ３  の形でＮＯＸ  吸収剤２３から排出され、このとき排出されるアンモニア量は余剰の還元剤の量に比例する。従ってこのとき排出されるアンモニア量から余剰の還元剤量がわかることになる。このアンモニア量はアンモニア濃度を検出可能なＮＯＸ  アンモニアセンサ２９によって検出される。この場合、このアンモニア濃度の積算値は余剰の還元剤量を表していると考えられ、従ってアンモニア濃度の積算値は余剰の還元剤量を表わす代表値であると言える。また、このアンモニア濃度の最大値が余剰の還元剤量を表していると考えることもでき、従ってアンモニア濃度の最大値は余剰の還元剤量を表わす代表値であると言える。
【００４８】
次に図７を参照しつつ還元剤の供給制御の第１実施例について説明する。
図７を参照すると、ΣＮＯＸはＮＯＸ  吸収剤２３に吸収されているＮＯＸ  量を示しており、Ｉ１  はＮＯＸ  アンモニアセンサ２９の検出電流を示している。なお、図７においてＮＯＸ  およびＮＨ３  は排気ガス中のＮＯＸ  濃度およびＮＨ３  濃度の変化によるＮＯＸ  アンモニアセンサ２９の検出電流の変化を夫々示しており、これら検出電流の双方がＮＯＸ  アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ１  に表われる。また、Ｅは空燃比センサ３０の出力電圧を示しており、Ａ／Ｆは燃焼室５内における混合気の平均空燃比を示している。
【００４９】
図７に示されるようにＮＯＸ  吸収剤２３に吸収されているＮＯＸ  量ΣＮＯＸが増大してＮＯＸ  吸収剤２３の吸収能力限界に近ずくとＮＯＸ  吸収剤２３からはＮＯＸ  が排出しはじめるのでＮＯＸ  アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ１  が上昇を開始する。図７に示す例ではＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  が排出しはじめてＮＯＸ  濃度が予め定められた設定値を越えたとき、即ちＮＯＸ  アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ１  が予め定められた設定値Ｉｓ  を越えたときにＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  を放出すべく空燃比Ａ／Ｆがリーンからリッチに切換えられる。空燃比Ａ／Ｆがリーンからリッチに切換えられてもリッチ空燃比の排気ガスがＮＯＸ  吸収剤２３に到達するには時間を要するので空燃比Ａ／Ｆがリッチに切換えられた直後はＮＯＸ  吸収剤２３から排出されるＮＯＸ  量が増大し続ける。次いでリッチ空燃比の排気ガス中に含まれる還元剤によるＮＯＸ  の還元作用が開始されるためにＮＯＸ  吸収剤２３からはＮＯＸ  が排出されなくなる。従って空燃比がリーンからリッチに切換えられるとＮＯＸ  アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ１  は短時間上昇した後、零まで低下する。
【００５０】
一方、空燃比がリーンからリッチに切換えられるとＮＯX 吸収剤２３からのＮＯX の放出作用が開始され、斯くしてＮＯX 吸収剤２３に吸収されているＮＯX 量ΣＮＯX は徐々に減少する。
ところで、空燃比がリーンからリッチに切換えられると過剰な燃料、即ち還元剤はＮＯX を還元するために消費されるのでＮＯX 吸収剤２３から排出される排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となる。この場合、なぜそうなるのかという理由は明確ではないがＮＯX 吸収剤２３が劣化していないときにはＮＯX 吸収剤２３から排出される排気ガスの空燃比はわずかばかりリーンとなり、ＮＯX 吸収剤２３が劣化するとＮＯX 吸収剤２３から排出される排気ガスの空燃比はわずかばかりリッチとなる傾向がある。しかしながらいずれの場合でもＮＯX 吸収剤２３からのＮＯX の放出作用が完了する頃になるとＮＯX 吸収剤２３から排出された排気ガスの空燃比は小さくなる。
【００５１】
図７は空燃比がリーンからリッチに切換えられたときにＮＯＸ  吸収剤２３から排出される排気ガスの空燃比がわずかばかりリーンとなっている場合を示しており、ＮＯＸ  吸収剤２３からのＮＯＸ  の放出作用が完了する頃になると、即ちＮＯＸ  吸収量ΣＮＯＸが零に近ずくと空燃比センサ３０の出力電圧Ｅがリッチであることを示す出力信号レベルに向けて変化する、即ち上昇することがわかる。この出力信号レベルＥの変化は応答性がよく、従ってこの出力信号レベルＥの変化に基づいて空燃比をリッチからリーンに切換えればＮＯＸ  吸収剤２３からのＮＯＸ  の放出作用が完了したときに空燃比をリッチからリーンに切換えることができる。
【００５２】
そこで図７に示される実施例では空燃比センサ３０の出力電圧Ｅに対して基準電圧ＥＳ  を設定しておき、即ち一般的な表現を用いると空燃比検出手段の出力信号レベルＥに対して基準レベルＥＳ  を設定しておき、出力信号レベルＥが基準レベルＥＳ  を越えたときに空燃比をリッチからリーンに切換えるようにしている。ところで空燃比センサ３０の出力電圧ＥはＮＯＸ  の放出作用の完了に対して応答性よく変化するが空燃比センサ３０やＮＯＸ  吸収剤２９の性能のばらつき、或いは経時変化によって出力電圧Ｅは変化のしかたがいろいろと変わる。従って基準レベルＥＳ  を一定値に固定しておくとＮＯＸ  の放出完了時に空燃比をリッチからリーンに切換えられなく場合が生じてくる。
【００５３】
一方、空燃比がリーンからリッチに切換えられたときにＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  を放出し還元するために使用されない余剰の還元剤が供給されたとするとこのときにはＮＯＸ  吸収剤２３からアンモニアＮＨ３  が排出されるので図７に示されるようにＮＯＸ  アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ１  が上昇する。この場合、図７においてハッチングで示される検出電流Ｉ１  の積算値ΣＩおよび検出電流Ｉ１  の最大値Ｉｍａｘ  は余剰の還元剤量を表している。
【００５４】
このＮＯＸ  アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ１  はＮＯＸ  の放出完了に対して応答遅れがあるが余剰の還元剤量は検出電流Ｉ１  から正確に求まる。そこで本発明ではＮＯＸ  アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ１  の変化に基づいて、即ちアンモニア濃度の変化に基づいてＮＯＸ  吸収剤２３からのＮＯＸ  の放出が完了したときに排気ガスの空燃比がリッチからリーンに切換えられるように基準レベルＥＳ  を変化させるようにしている。
【００５５】
具体的に言うと、検出電流Ｉ１  の積算値ΣＩ或いは検出電流Ｉ１  の最大値Ｉｍａｘ  に対して小さな値の目標値を予め設定しておき、ΣＩ又はＩｍａｘ  が目標値よりも大きくなったときには、即ち余剰の還元剤量が多いときにはリッチからリーンへの空燃比の切換時期を早めて余剰の還元剤量が少くなくなるように基準レベルＥＳ  を低下させ、即ち基準レベルＥＳ  をリーンであることを示す出力信号レベル側へ変化させ、ΣＩ又はＩｍａｘ  が目標値よりも小さくなったときには、即ち余剰の還元剤量が零又は零に近いときにはリッチからリーンへの空燃比の切換時期を遅らせて余剰の還元剤量が多くなくなるように基準レベルＥＳ  を上昇させ、即ち基準レベルＥＳ  をリッチであることを示す出力信号レベル側へ変化させるようにしている。
【００５６】
図８は第１実施例を実行するためのルーチンを示している。
図８を参照すると、まず初めにステップ１００において図５（Ｂ）に示すマップから基本燃料噴射量ＴＡＵが算出される。次いでステップ１０１ではＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  を放出すべきことを示すＮＯＸ  放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯＸ  放出フラグがセットされていないときにはステップ１０２に進んでＮＯＸ  アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ１  が設定値ＩＳ  を越えたか否かが判別される。Ｉ１  ≦ＩＳ  のときには、即ちＮＯＸ  吸収剤２３のＮＯＸ  吸収能力に未だ余裕があるときにはステップ１０５にジャンプする。
【００５７】
ステップ１０５では図５（Ｃ）に示すマップから補正係数Ｋが算出される。次いでステップ１０６では基本燃料噴射量ＴＡＵに補正係数Ｋを乗算することによって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝Ｋ・ＴＡＵ）が算出され、この噴射量ＴＡＵＯでもって燃料噴射が行われる。次いでステップ１０７ではＮＯＸ  吸収剤２３からＳＯＸ  を放出するためのＳＯＸ  放出処理を行うべきか否かが判断される。ＳＯＸ  放出処理を行う必要のないときには処理サイクルを完了する。
【００５８】
一方、ステップ１０２においてＩ１  ＞ＩＳ  になったと判断されると、即ちＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  が排出しだすとステップ１０３に進んでＮＯＸ  放出フラグがセットされ、次いでステップ１０４に進んでＮＨ３  検出フラグがセットされる。次いでステップ１０５に進む。
ＮＯＸ  放出フラグがセットされると次の処理サイクルではステップ１０１からステップ１０８に進んでリッチ補正係数ＫＲ（＞１．０）が算出される。次いでステップ１０９では基本燃料噴射量ＴＡＵにリッチ補正係数ＫＲ  を乗算することによって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝ＫＲ  ・ＴＡＵ）が算出され、この噴射量ＴＡＵＯでもって燃料噴射が行われる。このときリーン空燃比のもとでの成層燃焼又はリーン空燃比のもとでの均一混合気燃焼からリッチ空燃比のもとでの均一混合気燃焼に切換えられ、それによってＮＯＸ  吸収剤２３からのＮＯＸ  の放出作用が開始される。
【００５９】
次いでステップ１１０では空燃比センサ３０の出力電圧Ｅが基準電圧ＥＳ  を越えたか否かが判別される。Ｅ≦ＥＳ  のときにはステップ１０７に進む。これに対してＥ＞ＥＳ  になるとステップ１１１に進んでＮＯＸ  放出フラグがリセットされる。ＮＯＸ  放出フラグがリセットされると空燃比がリッチからリーンに切換えられる。
【００６０】
一方、ステップ１０７においてＳＯＸ  放出処理を行うべきであると判断されるとステップ１１２に進んでＮＯＸ  吸収剤２３からＳＯＸ  を放出させる処理が行われる。即ち、ＮＯＸ  吸収剤２３の温度をほぼ６００℃以上に維持しつつ空燃比がリッチとされる。
図９は目標レベルＥＳ  を算出するためのルーチンを示している。
【００６１】
図９を参照すると、まず初めにステップ２００においてＮＨ３  検出フラグがセットされているか否かが判別される。このＮＨ３  検出フラグは図８のステップ１０２においてＩ１  ＞ＩＳ  となったときにセットされる。ＮＨ３  検出フラグがセットされているときにはステップ２０１に進んでＮＨ３  検出フラグがセットされてからの経過時間ｔが一定時間ｔ１  を越えたか否かが判別される。この一定時間ｔ１  は空燃比がリーンからリッチにされた後にＮＯＸ  アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ１  が零まで低下し終わるまでの時間である。ｔ＞ｔ１  になるとステップ２０２に進んでＮＨ３  検出フラグがセットされてからの経過時間ｔが一定時間ｔ２  を越えたか否かが判別される。この一定時間ｔ２  はＮＯＸ  吸収剤２３からアンモニアが排出されたときにどのようなアンモニア量であってもＮＯＸ  アンモニアセンサ２９がアンモニア濃度を検出しうるのに十分な時間である。ｔ≦ｔ２  のときにはステップ２０３に進む。
【００６２】
ステップ２０３ではＮＯＸ  アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ１  が算出される。次いでステップ２０４ではこの検出電流Ｉ１  をΣＩに加算することによって検出電流の積算値ΣＩが算出される。次いでステップ２０２においてｔ＞ｔ２  になったと判別されたときにはステップ２０５に進んで検出電流の積算値ΣＩが目標値Ｓｒ  よりも大きいか否かが判別される。ΣＩ＞Ｓｒ  のときにはステップ２０６に進んで目標レベルＥＳ  が予め定められた設定値αだけ減少せしめられ、次いでステップ２０８に進む。これに対してΣＩ≦Ｓｒ  のときにはステップ２０７に進んで目標レベルＥＳ  が予め定められた設定値αだけ増大せしめられ、次いでステップ２０８に進む。ステップ２０８ではΣＩがクリアされ、ＮＨ３  検出フラグがリセットされる。
【００６３】
図１０は目標レベルＥＳ  を算出するためのルーチンの別の例を示している。
図１０を参照すると、まず初めにステップ３００においてＮＨ３  検出フラグがセットされているか否かが判別される。このＮＨ３  検出フラグは図８のステップ１０２においてＩ１  ＞ＩＳ  となったときにセットされる。ＮＨ３  検出フラグがセットされているときにはステップ３０１に進んでＮＨ３  検出フラグがセットされてからの経過時間ｔが一定時間ｔ１  を越えたか否かが判別される。この一定時間ｔ１  は前述したように空燃比がリーンからリッチにされた後にＮＯＸ  アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ１  が零まで低下し終わるまでの時間である。ｔ＞ｔ１  になるとステップ３０２に進んでＮＨ３  検出フラグがセットされてからの経過時間ｔが一定時間ｔ２  を越えたか否かが判別される。この一定時間ｔ２  は前述したようにＮＯＸ  吸収剤２３からアンモニアが排出されたときにどのようなアンモニア量であってもＮＯＸ  アンモニアセンサ２９がアンモニア濃度を検出しうるのに十分な時間である。ｔ≦ｔ２  のときにはステップ３０３に進む。
【００６４】
ステップ３０３では検出電流Ｉ１  がＩｍａｘ  よりも大きいか否かが判別される。Ｉ１  ＞Ｉｍａｘ  のときにはステップ３０４に進んでＩ１  が検出電流の最大値Ｉｍａｘ  とされる。次いでステップ３０２においてｔ＞ｔ２  になったと判別されたときにはステップ３０５に進んで検出電流の最大値Ｉｍａｘ  が目標値Ｉｍａｘｒよりも大きいか否かが判別される。Ｉｍａｘ  ＞Ｉｍａｘｒのときにはステップ３０６に進んで目標レベルＥＳ  が予め定められた設定値αだけ減少せしめられ、次いでステップ３０８に進む。これに対してＩｍａｘ  ≦Ｉｍａｘｒのときにはステップ３０７に進んで目標レベルＥＳ  が予め定められた設定値αだけ増大せしめられ、次いでステップ３０８に進む。ステップ３０８ではＩｍａｘ  がクリアされ、ＮＨ３  検出フラグがリセットされる。
【００６５】
次に図１１から図１３を参照しつつ第２実施例について説明する。
この実施例ではＮＯＸ  吸収剤２３へのＮＯＸ  吸収量を推定し、ＮＯＸ  吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにした後に再びリッチにするまでのリッチ時間間隔を推定ＮＯＸ  吸収量に基づき制御し、更にこのリッチ時間間隔を検出電流Ｉ１  に基づいて修正するようにしている。
【００６６】
即ち、この第２実施例ではＮＯＸ  吸収剤２３に吸収されているＮＯＸ  量を推定するためのＮＯＸ  吸収量推定手段を具備しており、図１１に示されるようにＮＯＸ  吸収量推定手段により推定されたＮＯＸ  吸収量ΣＮＯＸが許容値ＮＯＸｍａｘ  を越えたときに空燃比をリーンからリッチに一時的に切換えるようにしている。
機関から排出されるＮＯＸ  量は機関の運転状態が定まるとほぼ定まり、従ってＮＯＸ  吸収剤２３に吸収されるＮＯＸ  量も機関の運転状態が定まるとほぼ定まる。従ってこの第２実施例では機関の運転状態に応じた単位時間当りのＮＯＸ  吸収剤２３へのＮＯＸ  吸収量ＮＡを予め実験により求めておき、このＮＯＸ  吸収量ＮＡが機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数として図１２に示すようにマップの形で予めＲＯＭ３４内に記憶されている。
【００６７】
この実施例では機関運転時に図１２に示される機関運転状態に応じたＮＯＸ  吸収量ＮＡが積算され、それによってＮＯＸ  吸収剤２３に吸収されていると推定されるＮＯＸ  量ΣＮＯＸが算出される。ただし、空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となる運転領域ではＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  が放出されるのでこのような運転領域ではＮＡの値は負となる。
【００６８】
一方、許容値ＮＯＸｍａｘ  はＮＯＸ  吸収剤２３に吸収されているＳＯＸ  量が増大するほど、即ちＮＯＸ  吸収剤２３の吸収能力が低下するほど小さくされる。ところで噴射燃料中には燃料により定まるほぼ一定割合のイオウが含まれており、従ってＮＯＸ  吸収剤２３に吸収されるＳＯＸ  量は噴射燃料量ＴＡＵの積算値ΣＴＡＵに比例する。従ってこの第２実施例では図１３に示されるように噴射燃料量の積算値ΣＴＡＵが増大するほど許容値ＮＯＸｍａｘ  が次第に減少せしめられる。
【００６９】
この第２実施例では基本的には前述したようにＮＯＸ  吸収量ΣＮＯＸが許容値ＮＯＸｍａｘ  を越えたときに空燃比がリーンからリッチに一時的に切換えられる。この場合、機関運転中には図１３に示されるように許容値ＮＯＸｍａｘ  は次第に低下する。従ってほぼ同一の運転状態が継続しているときにはリッチ時間間隔が次第に短かくなることがわかる。また、この第２実施例では許容値ＮＯＸｍａｘ  はリーン運転時にＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  が放出しはじめるときのＮＯＸ  吸収量よりも小さな値に設定されている。従ってこの第２実施例ではリーン運転時にＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  が放出しはじめる前に空燃比がリーンからリッチに切換えられることになる。
【００７０】
しかしながら算出されたＮＯＸ  吸収量ΣＮＯＸが実際のＮＯＸ  吸収量に対してずれを生じている場合にはΣＮＯＸ＜ＮＯＸｍａｘ  であるにもかかわらずにＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  が放出しはじめることもある。そこでこの第２実施例ではΣＮＯＸ＜ＮＯＸｍａｘ  であるにもかかわらずＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  が放出しはじめたときには、即ちＮＯＸ  アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ１  が設定値ＩＳ  を越えたときには空燃比をリーンからリッチに一時的に切換え、許容値ＮＯＸｍａｘ  を予め定められた量Ｂだけ低下させるようにしている。即ち、この第２実施例では許容値ＮＯＸｍａｘ  を検出電流Ｉ１  によって修正するようにしている。
【００７１】
図１４および図１５は第２実施例を実行するためのルーチンを示している。
図１４および図１５を参照すると、まず初めにステップ４００において図５（Ｂ）に示すマップから基本燃料噴射量ＴＡＵが算出される。次いでステップ４０１ではＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  を放出すべきことを示すＮＯＸ  放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯＸ  放出フラグがセットされていないときにはステップ４０２に進んで図１２に示すマップから単位時間当りのＮＯＸ  吸収量ＮＡが算出される。次いでステップ４０３ではこのＮＯＸ  吸収量ＮＡをΣＮＯＸに加算することによってＮＯＸ  吸収剤２３に吸収されていると推定されるＮＯＸ  量ΣＮＯＸが算出される。
【００７２】
次いでステップ４０４では最終的な噴射量ＴＡＵＯをΣＴＡＵに加算することによって噴射燃料の積算値ΣＴＡＵが算出される。次いでステップ４０５ではこの積算値ΣＴＡＵに基づいて図１３に示す関係から許容値ＮＯＸｍａｘ  が算出される。次いでステップ４０６では許容値ＮＯＸｍａｘ  が修正量ΔＸだけ減少せしめられる。次いでステップ４０７ではＮＯＸ  アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ１  が設定値ＩＳ  を越えたか否かが判別される。Ｉ１  ≦ＩＳ  のときにはステップ４０８に進んでＮＯＸ  吸収量ΣＮＯＸが許容値ＮＯＸｍａｘ  を越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ≦ＮＯＸｍａｘ  のとき、即ちＮＯＸ  吸収剤２３のＮＯＸ  吸収能力に未だ余裕があるときにはステップ４０９にジャンプする。
【００７３】
ステップ４０９では図５（Ｃ）に示すマップから補正係数Ｋが算出される。次いでステップ４１０では基本燃料噴射量ＴＡＵに補正係数Ｋを乗算することによって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝Ｋ・ＴＡＵ）が算出され、この噴射量ＴＡＵＯでもって燃料噴射が行われる。次いでステップ４１１ではＮＯＸ  吸収剤２３からのＳＯＸ  を放出するためのＳＯＸ  放出処理を行うべきか否かが判断される。ＳＯＸ  放出処理を行う必要のないときには処理サイクルを完了する。
【００７４】
一方、ステップ４０８においてΣＮＯＸ＞ＮＯＸｍａｘ  になったと判断されたときにはステップ４１２に進んでＮＯＸ  放出フラグがセットされ、次いでステップ４１３に進んでＮＨ３  検出フラグがセットされる。次いでステップ４０９に進む。また、ステップ４０８においてΣＮＯＸ＞ＮＯＸｍａｘ  であるか否かが判別される前にステップ４０７においてＩ１  ＞ＩＳ  になったと判断されると、即ちＮＯＸ  吸収剤２３からＮＯＸ  が排出しだすとステップ４１４に進んで修正量ΔＸに予め定められた設定値Ｂが加算される。次いでステップ４１２に進んでＮＯＸ  放出フラグがセットされる。従ってこのとき許容値ＮＯＸｍａｘ  は設定値Ｂだけ減少せしめられる。
【００７５】
ＮＯＸ  放出フラグがセットされると次の処理サイクルではステップ４０１からステップ４１５に進んでリッチ補正係数ＫＲ  が算出される。次いでステップ４１６では基本燃料噴射量ＴＡＵにリッチ補正係数ＫＲ  を乗算することによって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝ＫＲ  ・ＴＡＵ）が算出され、この噴射量ＴＡＵＯでもって燃料噴射が行われる。このときリーン空燃比のもとでの成層燃焼又はリーン空燃比のもとでの均一混合気燃焼からリッチ空燃比のもとでの均一混合気燃焼に切換えられ、それによってＮＯＸ  吸収剤２３からのＮＯＸ  の放出作用が開始される。
【００７６】
次いでステップ４１７では空燃比センサ３０の出力電圧Ｅが基準電圧ＥＳ  を越えたか否かが判別される。Ｅ≦ＥＳ  のときにはステップ４１１に進む。これに対してＥ＞ＥＳ  になるとステップ４１８に進んでΣＮＯＸが零とされ、ＮＯＸ  放出フラグがリセットされる。ＮＯＸ  放出フラグがリセットされると空燃比がリッチからリーンに切換えられる。
【００７７】
一方、ステップ４１１においてＳＯＸ  放出処理を行うべきであると判断されるとステップ４１９に進んでＮＯＸ  吸収剤２３からＳＯＸ  を放出させる処理が行われる。即ち、ＮＯＸ  吸収剤２３の温度をほぼ６００℃以上に維持しつつ空燃比がリッチとされる。次いでＮＯＸ  吸収剤２３からのＳＯＸ  の放出作用が完了するとΣＴＡＵが零とされる。
【００７８】
なお、この第２実施例では目標レベルＥＳ  は図９又は図１０に示すルーチンより算出される。
【００７９】
【発明の効果】
ＮＯＸ  吸収剤からのＮＯＸ  放出制御を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】ＮＯＸ  アンモニアセンサのセンサ部の構造を示す図である。
【図３】ＮＯＸ  アンモニアセンサによる検出電流を示す図である。
【図４】空燃比センサの出力電圧を示す図である。
【図５】基本燃料噴射量、補正係数等を示す図である。
【図６】ＮＯＸ  吸収剤のＮＯＸ  吸放出作用を説明するための図である。
【図７】空燃比センサの出力電圧、ＮＯＸ  アンモニアセンサの検出電流等を示すタイムチャートである。
【図８】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図９】目標レベルＥＳ  を算出するためのフローチャートである。
【図１０】目標レベルＥＳ  を算出するためのフローチャートである。
【図１１】ＮＯＸ  吸収量と空燃比の変化を示すタイムチャートである。
【図１２】ＮＯＸ  吸収量のマップを示す図である。
【図１３】許容値を示す図である。
【図１４】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図１５】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１１…燃料噴射弁
２３…ＮＯＸ  吸収剤
２９…ＮＯＸ  アンモニアセンサ
３０…空燃比センサ
【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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