(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を具備すると共にこれら気筒が複数の気筒群に分割されており、各気筒群が分岐排気通路を介して共通の合流排気通路に接続されており、流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯＸを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＮＯＸを放出するＮＯＸ吸収剤を含む触媒コンバータを各分岐通路内に配置し、酸化雰囲気においてＮＯＸを選択的に還元可能な選択還元触媒を合流排気通路内に配置し、ＮＯＸ吸収剤から吸収されているＮＯＸまたはＳＯＸを放出させるべきときには当該ＮＯＸ吸収剤に流入する排気の空燃比を一時的にリッチにすると共に残りのＮＯＸ吸収剤に流入する排気の空燃比をリーンにして選択還元触媒が酸化雰囲気に維持されるようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記触媒コンバータが排気通路軸線に対しほぼ平行に延びる多孔質セル壁により画定された複数のセルを具備し、これらセルは排気上流端が開放されかつ排気下流端が閉鎖された上流端開放セルと、排気上流端が閉鎖されかつ排気下流端が開放された下流端開放セルとからなり、これら上流端開放セルと下流端開放セルとが交互に繰り返し並べられて形成されており、前記ＮＯＸ吸収剤が上流端開放セルの内壁面上および下流端開放セルの内壁面上に配置されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【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】
排気通路内の或る位置よりも上流の排気通路内、燃焼室内、および吸気通路内に供給された全燃料量および全還元剤量に対する全空気量の比をその位置を流通する排気の空燃比と称すると、リーン混合気を燃焼せしめるようにした内燃機関において、流入する排気の空燃比がリーンのときに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  吸収剤を機関排気通路内に配置し、ＮＯＸ  吸収剤に流入する排気の空燃比を一時的にリッチにしてＮＯＸ  吸収剤から吸収されているＮＯＸ  を放出させると共に還元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６−６６１２９号公報参照）。この排気浄化装置ではさらに、ＮＯＸ  吸収剤を一時的に加熱しつつＮＯＸ  吸収剤に流入する排気の空燃比を一時的にリッチにしてＮＯＸ  吸収剤から吸収されているＳＯＸ  を放出させるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＮＯＸ  吸収剤はモノリス型触媒コンバータに設けられるのが一般的である。このモノリス型触媒コンバータは排気通路軸線に対しほぼ平行に延びる複数のセルであって両端が開放されたセルを有し、これらセルの内壁面上にＮＯＸ  吸収剤が配置される。この場合、排気上流側のＮＯＸ  吸収剤部分から放出されたＮＯＸ  またはＳＯＸ  がセル内を流通するときに排気下流側のＮＯＸ  吸収剤部分に到達する可能性がある。しかしながら、ＮＯＸ  吸収剤に流入する排気の空燃比をリッチにしたと云っても例えばＮＯＸ  吸収剤に流入する排気の空燃比をリッチにした直後は排気下流側のＮＯＸ  吸収剤部分周りの酸素濃度はほとんど低下しておらず、したがってこのＮＯＸ  吸収剤部分にＮＯＸ  またはＳＯＸ  が到るとこのＮＯＸ  またはＳＯＸ  がＮＯＸ  吸収剤内に再び吸収されることになるという問題点がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、複数の気筒を具備すると共にこれら気筒が複数の気筒群に分割されており、各気筒群が分岐排気通路を介して共通の合流排気通路に接続されており、流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯＸを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＮＯＸを放出するＮＯＸ吸収剤を含む触媒コンバータを各分岐通路内に配置し、酸化雰囲気においてＮＯＸを選択的に還元可能な選択還元触媒を合流排気通路内に配置し、ＮＯＸ吸収剤から吸収されているＮＯＸまたはＳＯＸを放出させるべきときには当該ＮＯＸ吸収剤に流入する排気の空燃比を一時的にリッチにすると共に残りのＮＯＸ吸収剤に流入する排気の空燃比をリーンにして選択還元触媒が酸化雰囲気に維持されるようにしている。
【０００５】
すなわち１番目の発明では、１番目の発明では、ＮＯＸ吸収剤から排出される多量のＨＣ，ＣＯが選択還元触媒において確実に酸化される。
また、２番目の発明では１番目の発明において、前記触媒コンバータが排気通路軸線に対しほぼ平行に延びる多孔質セル壁により画定された複数のセルを具備し、これらセルは排気上流端が開放されかつ排気下流端が閉鎖された上流端開放セルと、排気上流端が閉鎖されかつ排気下流端が開放された下流端開放セルとからなり、これら上流端開放セルと下流端開放セルとが交互に繰り返し並べられて形成されており、前記ＮＯＸ吸収剤が上流端開放セルの内壁面上および下流端開放セルの内壁面上に配置されている。すなわち２番目の発明では、触媒コンバータに流入した排気はまず上流端開放セル内に流入し、次いでセル壁を通過して下流端開放セル内に流入し、斯くして触媒コンバータから流出する。その結果、下流端開放セル内にはその周りのセル壁から排気が流入するので下流端開放セル内に流入したＮＯＸおよびＳＯＸが再びＮＯＸ吸収剤に到達するのが阻止され、したがってＮＯＸ吸収剤から放出されたＮＯＸおよびＳＯＸが再びＮＯＸ吸収剤に吸収されるのが阻止される。さらに、上流端開放セルの内壁面上および下流端開放セルの内壁面上にＮＯＸ吸収剤が配置されるのでＮＯＸおよびＳＯＸがＮＯＸ吸収剤に確実に吸収されると共に、ＮＯＸ吸収剤を通過するときの排気流速が低下せしめられる。その結果、ＮＯＸ吸収剤と排気との接触時間が長くなるので、酸素濃度が低下せしめられた排気をＮＯＸおよびＳＯＸ放出のために有効に利用することが可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を火花点火式機関に適用した場合を示している。しかしながら、本発明をディーゼル機関に適用することもできる。
図１を参照すると、機関本体１は例えば４つの気筒を具備する。各気筒はそれぞれ対応する枝管２を介してサージタンク３に接続され、サージタンク３は吸気ダクト４を介してエアクリーナ５に接続される。吸気ダクト４内には吸気制御弁６が配置される。また、各気筒には筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁７が設けられる。一方、各気筒は排気マニホルド８および排気管９を介してＮＯＸ  吸収剤１０を備えたウォールフロー型の触媒コンバータ１１に接続され、触媒コンバータ１１は排気管１２に接続される。この触媒コンバータ１１には電気ヒータ１７が設けられており、この電気ヒータ１７は電子制御ユニット２０からの出力信号に基づきオンオフされるスイッチ１８を介して電源１９に接続される。
【０００７】
電子制御ユニット２０はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス２１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、常時電力が供給されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）２５、入力ポート２６および出力ポート２７を具備する。サージタンク３にはサージタンク３内の圧力に比例した出力電圧を発生する圧力センサ２８が取り付けられ、排気管１２には排気管１２内を流通する排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ２９が取り付けられる。これらセンサ２８および２９の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器３０を介して入力ポート２６に入力される。ＣＰＵ２４では圧力センサ２８の出力電圧から吸入空気量Ｑが算出される。また、入力ポート２６には機関回転数Ｎを表す出力パルスを発生する回転数センサ３１が接続される。一方、出力ポート２７はそれぞれ対応する駆動回路３２を介して燃料噴射弁７およびスイッチ１８に接続される。
【０００８】
図２には触媒コンバータ１１が詳細に示される。図２を参照すると、ウォールフロー型の触媒コンバータ１１は排気通路軸線に対しほぼ平行に延びる多孔質セル壁１４により画定された複数のセルを具備し、これらセルは排気上流端１５ｕが開放されかつ排気下流端１５ｄが閉鎖された上流端開放セル１６ｕと、排気上流端１５ｕが閉鎖されかつ排気下流端１５ｄが開放された下流端開放セル１６ｄとからなり、これら上流端開放セル１６ｕと下流端開放セル１６ｄとが交互に繰り返し並べられて形成されている。断面１ｉｎ２  当たりのセル数は例えば３００であり、セル壁１４の厚さは例えば０．３ｍｍとされる。上流端開放セル１６ｕの内壁面上にはＮＯＸ  吸収剤１０が配置され、下流端開放セル１６ｄの内壁面上にもＮＯＸ  吸収剤１０が配置される。したがって、図２において矢印ＥＧでもって示すように触媒コンバータ１１内に流入した排気はまず上流端開放セル１６ｕ内に流入し、次いで上流端開放セル１６ｕ側のＮＯＸ  吸収剤１０、セル壁１４、下流端開放セル１６ｄ側のＮＯＸ  吸収剤１０を順次通過して下流端開放セル１６ｄ内に流入し、斯くして触媒コンバータ１１から流出する。なお、本実施態様では例えばセラミックからなるセル壁１４の細孔の内壁面上にもＮＯＸ  吸収剤１０が配置されており、したがって排気はセル壁１４を通過するときにもＮＯＸ  吸収剤１０と接触する。
【０００９】
ＮＯＸ  吸収剤１０は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なくとも一つと、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いる。このＮＯＸ  吸収剤１０は流入する排気の空燃比がリーンのときにはＮＯＸ  を吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯＸ  を放出するＮＯＸ  の吸放出作用を行う。なお、ＮＯＸ  吸収剤１０上流の排気通路内に燃料或いは空気が供給されない場合にはＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比は各気筒の燃焼室内に供給された燃料量の合計に対する空気量の合計の比に一致する。
【００１０】
上述のＮＯＸ  吸収剤１０を機関排気通路内に配置すればこのＮＯＸ  吸収剤１０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３（Ａ）および図３（Ｂ）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。
【００１１】
すなわち、流入する排気がかなりリーンになると流入する排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図３（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ２  がＯ２  −  またはＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ２  −  または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上でさらに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、図３（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１０内に吸収される。
【００１２】
流入する排気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。これに対して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。すなわち、流入する排気中の酸素濃度が低下するとＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  が放出されることになる。流入する排気のリーンの度合が低くなれば流入する排気中の酸素濃度が低下し、したがって流入する排気のリーンの度合を低くすればＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  が放出されることになる。
【００１３】
一方、このとき流入する排気の空燃比をリッチにすると機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、これら未燃ＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２  −  またはＯ２−と反応して酸化せしめられる。また、流入する排気の空燃比をリッチにすると流入する排気中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からＮＯ２  が放出され、このＮＯ２  は図３（Ｂ）に示されるように未燃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。したがって流入する排気の空燃比をリッチにすると短時間のうちにＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  が放出されることになる。
【００１４】
図１の内燃機関では通常、燃焼室で燃焼せしめられる混合気の空燃比はリーンに維持されるのでＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比は通常リーンであり、したがってこのとき排気中のＮＯＸ  はＮＯＸ  吸収剤１０に吸収される。ところが、ＮＯＸ  吸収剤１０のＮＯＸ  吸収能力には限界があるのでＮＯＸ  吸収剤１０のＮＯＸ  吸収能力が飽和する前にＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  を放出させる必要がある。そこで図１に示す内燃機関では、ＮＯＸ  吸収剤１０のＮＯＸ  吸収量が予め定められた設定量よりも多くなったときにはＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比を一時的にリッチにしてＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  を放出させると共に還元するようにしている。
【００１５】
ところで、ＮＯＸ  吸収剤１０からのＮＯＸ  放出メカニズムや放出されたＮＯＸ  の還元作用のことを考えると、ＮＯＸ  吸収剤１０内に酸素が存在するとＮＯＸ  吸収剤１０においてＮＯＸ  を良好に浄化できないと考えることもできる。しかしながら、本願発明者によれば、ＮＯＸ  吸収剤１０内に或る程度の量の酸素が存在しているとＮＯＸ  吸収剤１０においてＮＯＸ  を良好に浄化できることが確認されている。
【００１６】
ＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチのときにＮＯＸ  吸収剤１０内に酸素が存在していると、なぜＮＯＸ  が良好に浄化されるかについては明らかにされていない。しかしながら次の理由によるものと考えられる。すなわち、通常運転時各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンであると言っても各気筒から排出される排気中にはＨＣが含まれている。このＨＣの一部はＮＯＸ  吸収剤１０において酸化されるが残りのＨＣは酸化されることなく触媒粒子例えば白金Ｐｔの表面上に付着する。また、ＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  を放出すべきときには上述したようにＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチにされるのでＮＯＸ  吸収剤１０に多量のＨＣが流入し、このＨＣの一部が白金Ｐｔ表面上に付着する。ところが、このＨＣが白金Ｐｔ表面を覆うとＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリーンのときには白金Ｐｔ表面に酸素Ｏ２  がＯ２  −  またはＯ２−の形で付着できなくなるためにＮＯＸ  がＮＯＸ  吸収剤１０に吸収されにくくなり、斯くしてＮＯＸ  吸収剤１０から多量のＮＯＸ  が排出される。一方、ＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチのときには白金Ｐｔ表面上でＮＯＸ  吸収剤１０から放出されたＮＯＸ  が排気中のＨＣ，ＣＯと反応しにくくなり、斯くしてこの場合にもＮＯＸ  吸収剤１０から多量のＮＯＸ  が排出される。
【００１７】
一方、ＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  を放出すべくＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチにされたときに、ＮＯＸ  吸収剤１０内に酸素が存在すると白金Ｐｔ周りが局所的に酸化雰囲気となりうる。このとき、通常運転時に比べてＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の温度が高められるためにＮＯＸ  吸収剤１０の温度が高められ、その結果白金Ｐｔ表面上のＨＣが酸素により酸化される。したがって、白金Ｐｔ表面上からＨＣが除去され、斯くしてＮＯＸ  吸収剤１０の良好なＮＯＸ  浄化作用が確保される。あるいは、ＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチにされるとまず、ＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気中のＨＣ，ＣＯが例えば白金Ｐｔ表面上で酸素と反応する。その結果、白金Ｐｔ周りが局所的に加熱せしめられ、それにより白金Ｐｔ表面上に付着しているＨＣと酸素との反応が促進せしめられ、斯くして白金Ｐｔ表面上からＨＣが除去される。
【００１８】
ところが、ＮＯＸ  吸収剤１０内の酸素濃度が過度に高くなると酸素と白金Ｐｔ表面上のＨＣまたは流入排気中のＨＣとの反応が過度に生じ、その結果触媒コンバータ１１の温度が過度に高くなって触媒コンバータ１１が溶損する恐れがある。したがって、ＮＯＸ  吸収剤１０においてＮＯＸ  を良好に浄化するためにはＮＯＸ  吸収剤１０内の酸素量を予め定められた設定範囲内、すなわちＮＯＸ  吸収剤１０の溶損を生ずることなく白金Ｐｔ表面のＨＣを良好に除去できる範囲内に維持することが必要となる。
【００１９】
そこで本実施態様では、ＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  を放出すべきときにＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気中の酸素濃度がこの設定範囲内にあるようにＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比を制御するようにしている。
なお、本実施態様におけるような火花点火式ガソリン機関では設定範囲は例えば０．３％から１．０％程度である。これに対し、ディーゼル機関では設定範囲は例えば１．０％から２．０％程度である。ディーゼル機関の設定範囲がガソリン機関よりも高いのはディーゼル機関の排気温度がガソリン機関よりも低いために触媒コンバータ１１の溶損が生じにくいからであり、ディーゼル機関の燃料である軽油がガソリンに比べて活性が低いために比較的多量の酸素を必要とするからである。
【００２０】
ところが、ＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気中に酸素を含ませることにより白金Ｐｔ周りに酸素が供給するようにすると、排気中の酸素は必ずしも白金Ｐｔ周りに到達せず、したがって酸素を白金Ｐｔ表面上のＨＣ除去のために有効に利用することができない。一方、白金Ｐｔ周りのＮＯＸ  吸収剤１０から酸素を供給すればほとんどの酸素が白金Ｐｔに到達することができる。
【００２１】
そこで本実施態様では、流入する排気中の酸素濃度が高くなると酸素を蓄え、流入する排気中の酸素濃度が低くなると蓄えている酸素を放出する酸素吸蔵剤を白金Ｐｔ周りのＮＯＸ  吸収剤１０内に設け、ＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリーンのときに酸素吸蔵剤内に酸素を蓄え、ＮＯＸ  吸収剤からＮＯＸ  を放出させるべくＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチにされたときに酸素吸蔵剤から白金Ｐｔ周りに酸素を供給するようにしている。
【００２２】
一方、上述したように白金Ｐｔ周りの温度が高くなると白金Ｐｔ表面上のＨＣの酸化反応および除去作用が促進され、あるいはＮＯＸ  吸収剤１０からのＮＯＸ  放出作用と放出されたＮＯＸ  の還元反応とが促進される。白金Ｐｔ表面上で酸素と還元剤例えばＨＣとが反応すると白金Ｐｔ周りの温度が高くなるので白金Ｐｔ周りに還元剤を供給すれば白金Ｐｔ周りの温度を高めることができる。一方、上述したようにＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチになると酸素吸蔵剤から白金Ｐｔ周りに酸素が供給される。そこで本実施態様では、ＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチのときに白金Ｐｔ周りにＨＣを供給するようにしている。
【００２３】
ＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気中にＨＣを含ませるよりも白金Ｐｔ周りのＮＯＸ  吸収剤１０からＨＣを供給した方が白金Ｐｔ周りの温度を高めるためにＨＣを有効に利用することができる。そこで本実施態様では、その温度が低いときにＨＣを吸着し、その温度が高くなると吸着しているＨＣが脱離するＨＣ吸着剤をＮＯＸ  吸収剤１０内に設けると共に、ＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリーンのときにこの排気の温度を低くし、ＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチのときにこの排気の温度を高くしている。
【００２４】
すなわち、酸素吸蔵剤をＯＣ、ＨＣ吸着剤をＡＤでそれぞれ表すと図４（Ａ）に示されるように、ＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリーンのときにはＮＯＸ  吸収剤１０内に流入する排気中のＮＯＸ  が吸収され、酸素吸蔵剤ＯＣ内に流入する排気中の酸素Ｏ２  が蓄えられ、ＨＣ吸着剤の温度が低くされるのでＨＣ吸着剤ＡＤ内に流入する排気中のＨＣが吸着される。これに対し、ＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチになると図４（Ｂ）に示されるようにＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  が放出され、酸素吸蔵剤ＯＣから酸素Ｏ２  が放出され、ＨＣ吸着剤の温度が高められるのでＨＣ吸着剤からＨＣが脱離する。酸素吸蔵剤ＯＣから放出された酸素Ｏ２およびＨＣ吸着剤から脱離したＨＣは次いで白金Ｐｔ表面上に移動して反応し、斯くして白金Ｐｔ周りの温度が高められる。なお、ＨＣ吸着剤から脱離したＨＣの一部がＮＯＸ  吸収剤１０から放出されたＮＯ２  を還元することもありうる。
【００２５】
酸素吸蔵剤としては例えばセリアＣｅＯ２  を用いることができ、ＨＣ吸着剤としてはゼオライトまたはモルデナイトを用いることができ、ゼオライトまたはモルデナイトは担体として用いることができる。そこで本実施態様では、ＮＯＸ  吸収剤１０を例えばゼオライトまたはモルデナイトを担体とし、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なくとも一つと、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、セリアＣｅＯ２  とを担持させて形成している。
【００２６】
本実施態様では、ＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比をリッチにするために、機関出力のための機関吸気行程または圧縮行程における燃料噴射とは別に、燃料噴射弁７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次燃料噴射を行うようにしている。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。ＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  を放出させるべきときの２次燃料噴射時間ＴＡＵＳはＴＮとされる。このＴＮはＮＯＸ  吸収剤１０内の排気中の酸素濃度を上述の設定範囲に維持するのに必要な２次燃料噴射時間であって、機関負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）と機関回転数Ｎとの関数として予め実験により求められている。このＴＮは図５に示されるマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。
【００２７】
ＮＯＸ  吸収剤１０の温度が高いときにはＨＣと酸素との反応が活発になるのでＮＯＸ  吸収剤１０の温度が高いときにＮＯＸ  吸収剤１０に多量の酸素を供給すれば白金Ｐｔ表面上のＨＣを良好に除去することができる。一方、ＮＯＸ  吸収剤１０の温度が低いときにはＮＯＸ  吸収剤１０に多量の酸素を供給してもこの酸素をＨＣ除去のために有効に利用できない。むしろ、ＮＯＸ  吸収剤１０の温度を低下させ、あるいはＮＯＸ  吸収剤１０からのＮＯＸ  放出作用またはＮＯＸ  の還元作用を阻害する。一方、温度センサ２９により検出されるＮＯＸ  吸収剤１０から排出される排気の温度ＴＥＸはＮＯＸ  吸収剤１０の温度を表している。そこで本実施態様では、図６（Ａ）に示されるように排気温度ＴＥＸが高いとき程ＮＯＸ  吸収剤１０内の排気中の酸素濃度ＣＯＸが高くなるように２次燃料噴射時間ＴＮを補正係数ＫＲＮ（＞０）でもって補正するようにしている。
【００２８】
また、ＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチになったときにＨＣ吸着剤から脱離するＨＣ量が多くなればこのＨＣに見合うだけの酸素が必要となる。そこで本実施態様では、ＨＣ吸着剤に吸着されているＨＣ量ＳＨＣを求め、図６（Ｂ）に示されるように吸着ＨＣ量ＳＨＣが多いとき程ＮＯＸ  吸収剤１０内の排気中の酸素濃度ＣＯＸが高くなるように２次燃料噴射時間ＴＮを補正係数ＫＲＮでもって補正するようにしている。なお、補正係数ＫＲＮは排気温度ＴＥＸおよび吸着ＨＣ量ＳＨＣの関数として図６（Ｃ）に示すマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。
【００２９】
一方、ＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  を放出させるべきときの２次燃料噴射時期ＦＩＴはＡＤＶとされる。このＡＤＶは例えば圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）９０°クランク角（ＣＡ）から１２０°ＣＡ程度に定められる。
上述したように、ＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  を放出させるべきときにはＨＣ吸着剤からＨＣがＮＯＸ  吸収剤１０に供給される。ところが、通常運転時に機関から排出されるＨＣ量は少ないので通常運転時にＨＣ吸着剤に十分な量のＨＣを吸着させることができない。そこで本実施態様では、通常運転時に２次燃料噴射を行い、それによりＨＣ吸着剤にＨＣを供給して吸着させるようにしている。
【００３０】
ところが通常運転時、すなわちＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリーンのときに２次燃料噴射を行ってＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気中の酸素濃度が低下するとＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  が放出されてしまう。また、２次燃料噴射によるＨＣがＮＯＸ  吸収剤１０内で酸化されるとＨＣ吸着剤の温度が高くなってＨＣ吸着剤からＨＣが脱離してしまう。そこで、ＨＣ吸着剤にＨＣを供給すべきときの２次燃料噴射時間ＴＡＵＳを、ＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  が放出されずかつＨＣ吸着剤からＨＣが脱離しない２次燃料噴射時間ＴＡに定めている。このＴＡは機関負荷Ｑ／Ｎと機関回転数Ｎとの関数として予め実験により求められており、図７に示されるマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。
【００３１】
一方、ＨＣ吸着剤にＨＣを供給すべきときの２次燃料噴射時期ＦＩＴはＲＴＤとされ、このＲＴＤはＡＤＶよりも遅角された例えばＡＴＤＣ１５０°ＣＡから１８０°ＣＡ程度に定められる。このように２次燃料噴射時期を遅くすると２次燃料噴射によるＨＣのうち燃焼室内または排気通路内で燃焼せしめられるＨＣの割合が小さくなるのでＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の温度が低く維持される。また、このときＨＣ吸着剤に供給されるＨＣは重質ＨＣ（高分子ＨＣ）であるのでＮＯＸ  吸収剤１０内で酸化されにくい。したがって、通常運転時にＨＣ吸着剤の温度上昇を抑制することができ、斯くしてＨＣ吸着剤からＨＣが脱離するのを抑制することができる。
【００３２】
逆に、ＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  を放出させるべきときのように２次燃料噴射時期を早めると燃焼室内または排気通路内で燃焼せしめられるＨＣの割合が大きくなるのでＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の温度が高められ、したがってＨＣ吸着剤からＨＣ脱離が促進される。また、このときＮＯＸ  吸収剤１０に供給されるＨＣは軽質ＨＣ（低分子ＨＣ）であるのでＮＯＸ  吸収剤１０内で反応しやすい。したがって、ＮＯＸ  吸収剤１０から放出されたＮＯＸ  を容易に還元することができる。
【００３３】
このように図１の内燃機関では排気中のＮＯＸ  を良好に浄化することができる。ところが燃料および機関の潤滑油内にはイオウ分が含まれているので流入する排気中にはイオウ分例えばＳＯＸ  が含まれており、ＮＯＸ  吸収剤１０にはＮＯＸ  ばかりでなくＳＯＸ  も吸収される。このＮＯＸ  吸収剤１０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。
【００３４】
すなわち、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する排気の空燃比がリーンのときには酸素Ｏ２  がＯ２  −  またはＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気中のＳＯＸ  例えばＳＯ２  は白金Ｐｔの表面でＯ２  −  またはＯ２−と反応してＳＯ３  となる。次いで生成されたＳＯ３  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する。次いでこの硫酸イオンＳＯ４２−  はバリウムイオンＢａ２＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ４  を生成する。
【００３５】
しかしながらこの硫酸塩ＢａＳＯ４  は分解しずらく、流入する排気の空燃比を単にリッチにしても硫酸塩ＢａＳＯ４  は分解されずにそのまま残る。したがってＮＯＸ  吸収剤１０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１０が吸収しうるＮＯＸ  量が低下することになる。
【００３６】
ところが、ＮＯＸ  吸収剤１０内で生成された硫酸塩ＢａＳＯ４  はＮＯＸ  吸収剤１０の温度が高いときにＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比をリッチまたは理論空燃比にすると分解して硫酸イオンＳＯ４２−  がＳＯ３  の形で吸収材から放出される。そこで本実施態様では、ＮＯＸ  吸収剤１０のＳＯＸ  吸収量が予め定められた設定量よりも多くなったときには電気ヒータ１７によりＮＯＸ  吸収剤１０を加熱しつつＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比を一時的にリッチにしてＮＯＸ  吸収剤１０からＳＯＸ  を放出させるようにしている。すなわち、ＮＯＸ  吸収剤１０からＳＯＸ  を放出すべきときにはスイッチ１８をオンにしつつ２次燃料噴射が行われる。このとき放出されたＳＯ３  は流入する排気中のＨＣ，ＣＯによってただちにＳＯ２に還元せしめられる。なお、ＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比を理論空燃比にしてＮＯＸ  吸収剤１０からＳＯＸ  を放出させるようにしてもよい。
【００３７】
ＮＯＸ  吸収剤１０からＳＯＸ  を放出すべきときの２次燃料噴射時間ＴＡＵＳはＴＳとされる。このＴＳはＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  を放出すべきときと同様に、ＮＯＸ  吸収剤１０内の排気中の酸素濃度が上述の設定範囲内にあるように定められており、機関負荷Ｑ／Ｎと機関回転数Ｎとの関数として図８に示されるマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。また、排気温度ＴＥＸが高いとき程ＮＯＸ  吸収剤１０内の排気中の酸素濃度が高くなるように、かつＨＣ吸着剤に吸着されているＨＣ量ＳＨＣが多いとき程ＮＯＸ  吸収剤１０内の排気中の酸素濃度が高くなるように、２次燃料噴射時間ＴＳが補正係数ＫＲＳでもって補正される。この補正係数ＫＲＳは排気温度ＴＥＸおよび吸着ＨＣ量ＳＨＣの関数として図９に示すマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。さらに、このときの２次燃料噴射時期ＦＩＴはＡＤＶとされる。したがって、ＮＯＸ  吸収剤１０からＳＯＸ  を良好に放出させることができる。
【００３８】
ところで、上述したようにＮＯＸ  吸収剤１０はウォールフロー型の触媒コンバータ１１内に設けられているのでＮＯＸ  吸収剤１０から放出されたＮＯＸ  およびＳＯＸ  が再びＮＯＸ  吸収剤１０に吸収されるのが阻止される。すなわち、図２を参照して説明したように下流端開放セル１６ｄ内にはその周りのセル壁から排気が流入するので下流端開放セル１６ｄ内に流入したＮＯＸ  およびＳＯＸ  が下流端開放セル１６ｄ内壁面上のＮＯＸ  吸収剤１０に到達するのが阻止される。したがって、ＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  およびＳＯＸ  を確実にかつ速やかに放出させることができる。
【００３９】
また、触媒コンバータ１１に流入した排気のすべてがＮＯＸ  吸収剤、ＨＣ吸着剤、および酸素吸蔵剤を介して流通するので、通常運転時にＮＯＸ  吸収剤１０にＮＯＸ  を確実に吸収させることができ、ＨＣ吸着剤にＨＣを効率的に吸着させることができ、酸素吸蔵剤に効率的に酸素を蓄えることができる。さらに、ＮＯＸ  吸収剤１０が上流端開放セル１６ｕの内壁面上および下流端開放セル１６ｄの内壁面上に配置され、さらにセル壁１４の細孔内壁面上にも配置される。したがって、ＮＯＸ  がＮＯＸ  吸収剤１０にさらに確実に吸収される。
【００４０】
しかも、ＮＯＸ  吸収剤１０を通過するときの排気流速、またはＮＯＸ  吸収剤１０における排気の空間速度が低下せしめられるのでＮＯＸ  吸収剤１０と排気との接触時間が長くなる。その結果、酸素濃度が低下せしめられた排気をＮＯＸ  放出作用またはＳＯＸ  放出作用のために有効に利用することができる。
図１０は本実施態様におけるＮＯＸ  放出制御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。
【００４１】
図１０を参照すると、まずステップ４０ではＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  を放出させるべきときにセットされ、それ以外はリセットされるＮＯＸ  フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯＸ  フラグがリセットされているときには次いでステップ４１に進み、ＮＯＸ  吸収剤１０に吸収されているＮＯＸ  量ＳＮが例えば機関運転状態に基づいて算出される。例えば、ＮＯＸ  吸収剤１０に流入するＮＯＸ  量は機関負荷Ｑ／Ｎが高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ので、機関負荷Ｑ／Ｎと機関回転数Ｎの積Ｑ／Ｎ・Ｎの積算値に基づき吸収ＮＯＸ  量ＳＮを推定することができる。続くステップ４２では吸収ＮＯＸ  量ＳＮが一定値ＳＮ１よりも大きいか否かが判別される。この一定値ＳＮ１はＮＯＸ  吸収剤１０が吸収しうる最大ＮＯＸ  量の約３０％である。ＳＮ≦ＳＮ１のときには処理サイクルを終了する。これに対し、ＳＮ＞ＳＮ１のときには次いでステップ４３に進み、ＮＯＸ  フラグがセットされる。
【００４２】
ＮＯＸ  フラグがセットされたときにはステップ４０からステップ４４に進み、ＮＯＸ  フラグがセットされてから一定時間以上経過したか否か、すなわちＮＯＸ  吸収剤１０のＮＯＸ  放出作用が一定時間以上行われたか否かが判別される。ＮＯＸ  フラグがセットされてから一定時間以上経過していないときには処理サイクルを終了する。これに対し、ＮＯＸ  フラグがセットされてから一定時間以上経過したときには次いでステップ４５に進み、ＮＯＸ  フラグがリセットされる。
【００４３】
図１１は本実施態様におけるＳＯＸ  放出制御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１１を参照すると、まずステップ５０ではＮＯＸ  吸収剤１０からＳＯＸ  を放出させるべきときにセットされ、それ以外はリセットされるＳＯＸ  フラグがセットされているか否かが判別される。ＳＯＸ  フラグがリセットされているときには次いでステップ５１に進み、ＮＯＸ  吸収剤１０に吸収されているＳＯＸ  量ＳＳが例えば機関運転状態に基づいて算出される。例えば、ＮＯＸ  吸収剤１０に流入するＳＯＸ  量は積算燃料噴射量が多くなるにつれて多くなるので積算燃料噴射量に基づき吸収ＳＯＸ  量ＳＳを推定することができる。続くステップ５２では吸収ＮＯＸ  量ＳＳが一定値ＳＳ１よりも大きいか否かが判別される。この一定値ＳＳ１はＮＯＸ  吸収剤１０が吸収しうる最大ＳＯＸ  量の約３０％である。ＳＳ≦ＳＳ１のときには処理サイクルを終了する。これに対し、ＳＳ＞ＳＳ１のときには次いでステップ５３に進み、ＳＯＸ  フラグがセットされる。続くステップ５４ではスイッチ１８がオンにされて電気ヒータ１７がオンにされる。
【００４４】
ＳＯＸ  フラグがセットされたときにはステップ５０からステップ５５に進み、ＳＯＸ  フラグがセットされてから一定時間以上経過したか否か、すなわちＳＯＸ  吸収剤１０のＳＯＸ  放出作用が一定時間以上行われたか否かが判別される。ＳＯＸ  フラグがセットされてから一定時間以上経過していないときには処理サイクルを終了する。これに対し、ＳＯＸ  フラグがセットされてから一定時間以上経過したときには次いでステップ５６に進み、ＳＯＸ  フラグがリセットされる。続くステップ５７ではスイッチ１８がオフにされて電気ヒータ１７がオフにされる。続くステップ５８ではＮＯＸ  フラグがリセットされ、あるいはリセット状態に維持される。
【００４５】
すなわち、ＮＯＸ  吸収剤１０からＳＯＸ  を放出させるべきときにはＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチにされるのでこのときＮＯＸ  吸収剤１０から吸収されているＮＯＸ  も放出される。ＮＯＸ  吸収剤１０のＮＯＸ  放出作用を完了させるために必要な時間はＮＯＸ  吸収剤１０のＳＯＸ  放出作用を完了させるために必要な時間よりもかなり短く、したがってＮＯＸ  吸収剤１０のＳＯＸ  放出作用が完了したときにはＮＯＸ  放出作用も完了している。そこで、ＳＯＸ  フラグがセットされてから一定時間以上経過したときにはＳＯＸ  フラグをリセットするだけでなく、ＮＯＸ  フラグもリセットしあるいはリセット状態に維持するようにしている。
【００４６】
図１２は２次燃料噴射を制御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クランク角毎の割り込みによって実行される。
図１２を参照すると、まずステップ６０ではＳＯＸ  フラグがセットされているか否かが判別される。ＳＯＸ  フラグがリセットされているとき、すなわちＮＯＸ  吸収剤１０からＳＯＸ  を放出させるべきときでないときには次いでステップ６１に進み、ＮＯＸ  フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯＸ  フラグがリセットされているとき、すなわちＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  およびＳＯＸ  を放出させるべきときでないときには次いでステップ６２に進み、ＮＯＸ  吸収剤１０のＨＣ吸着剤に吸着されているＨＣ量ＳＨＣが算出される。例えば、吸着ＨＣ量ＳＨＣは積算燃料噴射量が多くなるにつれて多くなるので積算燃料噴射量に基づき吸着ＨＣ量ＳＨＣを推定することができる。続くステップ６３では、図７のマップからＨＣ吸着剤にＨＣを供給するための２次燃料噴射時間ＴＡが算出される。続くステップ６４では２次燃料噴射時間ＴＡＵＳがこのＴＡとされる。続くステップ６５では２次燃料噴射時期ＦＩＴがＲＴＤとされる。
【００４７】
これに対し、ＮＯＸ  フラグがセットされているときにはステップ６１からステップ６６に進み、図５のマップからＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  を放出させるための２次燃料噴射時間ＴＮが算出される。続くステップ６７では図６（Ｃ）のマップから補正係数ＫＲＮが算出される。続くステップ６８ではＴＮとＫＲＮの積の形で２次燃料噴射時間ＴＡＵＳが算出される。続くステップ６９では２次燃料噴射時期ＦＩＴがＡＤＶとされる。一方、ＳＯＸ  フラグがセットされているときにはステップ６０からステップ７０に進み、図８のマップからＮＯＸ  吸収剤１０からＳＯＸ  を放出させるための２次燃料噴射時間ＴＳが算出される。続くステップ７１では図９のマップから補正係数ＫＲＳが算出される。続くステップ７２ではＴＳとＫＲＳの積の形で２次燃料噴射時間ＴＡＵＳが算出される。続くステップ６９では２次燃料噴射時期ＦＩＴがＡＤＶとされる。
【００４８】
図１３に別の実施態様を示す。
図１３を参照すると、排気マニホルド８の枝管８ａ内にＮＯＸ  吸収剤１０を備えたウォールフロー型の触媒コンバータ１１がそれぞれ配置される。すなわち一般的に云うと、内燃機関の複数の気筒が複数の気筒群に分割されており、各気筒群に接続された排気通路内にＮＯＸ  吸収剤１０を配置しているということになる。本実施態様では、各気筒群が１つの気筒から形成されるが、各気筒群を複数の気筒から形成してもよい。
【００４９】
一方、排気管９下流には選択還元触媒８０を内蔵した触媒コンバータ８１が配置される。この選択還元触媒８０はゼオライト、モルデナイト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のような遷移金属が担持されて形成されている。選択還元触媒８０は例えば炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯのような還元剤を含む酸素雰囲気においてＮＯＸ  をこれらＨＣ，ＣＯ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、選択還元触媒８０は流入する排気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、図１３には示されないが、各触媒コンバータ１１には図１の実施態様と同様に電気ヒータが設けられており、これら電気ヒータはそれぞれ対応するスイッチを介して電源に接続されている。
【００５０】
通常運転時、各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比はリーンであるのでこのとき各気筒から排出されるＮＯＸ  はそれぞれ対応するＮＯＸ  吸収剤１０内に吸収される。ＮＯＸ  がＮＯＸ  吸収剤１０に吸収されずにＮＯＸ  吸収剤１０から排出されたとしてもこのとき選択還元触媒８０が酸化雰囲気に維持されており、選択還元触媒８０に流入する排気中にＨＣ，ＣＯが含まれているのでこのＮＯＸ  は選択還元触媒８０において還元される。また、このときＮＯＸ  吸収剤１０のＨＣ吸着剤にＨＣを供給すべく各気筒において２次燃料噴射が行われており、このＨＣのうちＨＣ吸着剤に吸着されなかったＨＣも選択還元触媒８０においてＮＯＸ  を還元し、或いは酸化される。
【００５１】
本実施態様では、各ＮＯＸ  吸収剤１０毎に吸収ＮＯＸ  量および吸収ＳＯＸ  量が求められる。ｉ番気筒のＮＯＸ  吸収剤１０の吸収ＮＯＸ  量が設定量よりも多くなったときにはｉ番気筒において２次燃料噴射が行われて対応するＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチにされ、それによりＮＯＸ  が放出、還元される。この場合の２次燃料噴射時間は上述した実施態様と同様であるので説明を省略する。
【００５２】
一方、ｉ番気筒のＮＯＸ  吸収剤１０の吸収ＳＯＸ  量が設定量よりも多くなったときにはｉ番気筒において２次燃料噴射が行われて対応するＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチにされ、それによりＳＯＸ  が放出される。この場合、ＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチであればリッチである程、ＮＯＸ  吸収剤１０からＳＯＸ  を良好に放出することができるという考え方もある。そこで本実施態様では、ＮＯＸ  吸収剤１０からＳＯＸ  を放出すべきときにはＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比ができるだけリッチになるようにこのときの２次燃料噴射時間を定めている。
【００５３】
ところが、ＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  またはＳＯＸ  を放出させるべくＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチにされると、ＮＯＸ  吸収剤１０から多量のＨＣが排出される恐れがある。この場合、選択還元触媒８０が酸化雰囲気であれば選択還元触媒８０においてこのＨＣを酸化、浄化することができるが、例えばすべてのＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比が同時にリッチにされたときには選択還元触媒８０が還元雰囲気となるために選択還元触媒８０においてＨＣを良好に酸化することができなくなる。
【００５４】
そこで本実施態様では、すべてのＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比が同時にリッチになるのを禁止して選択還元触媒８０が還元雰囲気に維持されるようにしている。すなわち、例えばすべてのＮＯＸ  吸収剤１０の吸収ＳＯＸ  量が設定量よりも多くなったとすると、このとき例えば１番気筒＃１において２次燃料噴射が行われて対応するＮＯＸ  吸収剤１０からＳＯＸ  が放出され、これに対し残りの２番気筒＃２、３番気筒＃３、および４番気筒＃４では２次燃料噴射が禁止されて対応するＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比はリーンに維持される。その結果、１番気筒のＮＯＸ  吸収剤１０から排出されるＨＣを選択還元触媒８０において良好に酸化することができる。
【００５５】
選択還元触媒８０が酸化雰囲気に維持される限り、複数のＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比を同時にリッチにしてもよい。しかしながら本実施態様では、ＮＯＸ  またはＳＯＸ  が放出されるべきＮＯＸ  吸収剤１０を一つに制限し、残りの三つのＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比をリーンに維持するようにしている。このようにしているのは次の理由による。すなわち、上述したようにＮＯＸ  吸収剤１０からＳＯＸ  を放出させるべきときにはＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比をできるだけリッチにするのが好ましい。一方、ＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比をかなりリッチにするとＮＯＸ  吸収剤１０から多量のＨＣが排出され、この多量のＨＣを酸化するためには多量の酸素が必要となる。そこで本実施態様では、三つの気筒から排出される排気の空燃比をリーンに維持し、それにより選択還元触媒８０には多量の酸素が流入するようにしている。
【００５６】
言い換えると、ＳＯＸ  を放出させるべきＮＯＸ  吸収剤１０から排出されるＨＣ量が、選択還元触媒８０に流入する酸素が酸化可能な最大量となるまでこのＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比をリッチ側にすることができる。そこで本実施態様では、選択還元触媒８０に流入する酸素量に基づいてＳＯＸ  放出作用を行うべきＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比、すなわち対応する気筒での２次燃料噴射時間を定めるようにしている。
【００５７】
すなわち、選択還元触媒８０に流入する酸素量は機関運転状態、例えば機関負荷Ｑ／Ｎが高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。そこで、ＳＯＸ  放出作用を行うべきときの２次燃料噴射時間ＴＳＳを機関負荷Ｑ／Ｎが高くなるにつれて長くなり、機関回転数Ｎが高くなるにつれて長くなるように定めている。この２次燃料噴射時間ＴＳＳは図１４に示されるマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。
【００５８】
図１５は本実施態様におけるＮＯＸ  放出制御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１５を参照すると、まずステップ１００では変数ｉに順次１，２，３，４が繰り返し代入される。続くステップ１０１ではｉ番気筒のＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  を放出させるべきときにセットされ、それ以外はリセットされるＮＯＸ  （ｉ）フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯＸ  （ｉ）フラグがリセットされているときには次いでステップ１０２に進み、ｉ番気筒のＮＯＸ  吸収剤１０に吸収されているＮＯＸ  量ＳＮ（ｉ）が例えば機関運転状態に基づいて算出される。続くステップ１０３では吸収ＮＯＸ  量ＳＮ（ｉ）が一定値ＳＮ１よりも大きいか否かが判別される。ＳＮ（ｉ）≦ＳＮ１のときには処理サイクルを終了する。これに対し、ＳＮ（ｉ）＞ＳＮ１のときには次いでステップ１０４に進み、ｉ番気筒以外のＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチにされているか否か、すなわちｉ番気筒以外のＮＯＸ  吸収剤１０のＮＯＸ  放出作用またはＳＯＸ  放出作用が行われているか否かが判別される。ｉ番気筒以外のＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチにされているときには処理サイクルを終了する。ｉ番気筒以外のＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチにされていないとき、すなわちすべてのＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリーンのときには次いでステップ１０５に進み、ＮＯＸ  （ｉ）フラグがセットされる。
【００５９】
ＮＯＸ  （ｉ）フラグがセットされたときにはステップ１０１からステップ１０６に進み、ＮＯＸ  （ｉ）フラグがセットされてから一定時間以上経過したか否か、すなわちｉ番気筒のＮＯＸ  吸収剤１０のＮＯＸ  放出作用が一定時間以上行われたか否かが判別される。ＮＯＸ  （ｉ）フラグがセットされてから一定時間以上経過していないときには処理サイクルを終了する。これに対し、ＮＯＸ  （ｉ）フラグがセットされてから一定時間以上経過したときには次いでステップ１０７に進み、ＮＯＸ  （ｉ）フラグがリセットされる。
【００６０】
すなわち、ステップ１００において例えばｉ＝１とされたときにはステップ１０２において１番気筒のＮＯＸ  吸収剤１０の吸収ＮＯＸ  量ＳＮ（１）が算出され、ステップ１０３ではＳＮ（１）がＳＮ１よりも大きいか否かが判別される。ＳＮ（１）＞ＳＮ１のときにはステップ１０４に進み、２番気筒、３番気筒、４番気筒のＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチであるか否かが判別される。２番気筒、３番気筒、４番気筒のＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がいずれもリッチでないときにはステップ１０５においてＮＯＸ  （１）フラグがセットされる。ＮＯＸ  （１）フラグがセットされるとステップ１０１からステップ１０６に進み、ＮＯＸ  （１）フラグがセットされてから一定時間経過したときにはステップ１０７においてＮＯＸ  （１）フラグがリセットされる。
【００６１】
図１６は本実施態様におけるＳＯＸ  放出制御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１６を参照すると、まずステップ１１０では変数ｉに順次１，２，３，４が繰り返し代入される。続くステップ１１１ではｉ番気筒のＮＯＸ  吸収剤１０からＳＯＸ  を放出させるべきときにセットされ、それ以外はリセットされるＳＯＸ  （ｉ）フラグがセットされているか否かが判別される。ＳＯＸ  （ｉ）フラグがリセットされているときには次いでステップ１１２に進み、ｉ番気筒のＮＯＸ  吸収剤１０に吸収されているＳＯＸ  量ＳＳ（ｉ）が例えば機関運転状態に基づいて算出される。続くステップ１１３では吸収ＮＯＸ  量ＳＳ（ｉ）が一定値ＳＳ１よりも大きいか否かが判別される。ＳＳ（ｉ）≦ＳＳ１のときには処理サイクルを終了する。これに対し、ＳＳ（ｉ）＞ＳＳ１のときには次いでステップ１１４に進み、ｉ番気筒以外のＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチにされているか否か、すなわちｉ番気筒以外のＮＯＸ  吸収剤１０のＮＯＸ  放出作用またはＳＯＸ  放出作用が行われているか否かが判別される。ｉ番気筒以外のＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチにされているときには処理サイクルを終了する。ｉ番気筒以外のＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリッチにされていないとき、すなわちすべてのＮＯＸ  吸収剤１０に流入する排気の空燃比がリーンのときには次いでステップ１１５に進み、ＳＯＸ  （ｉ）フラグがセットされる。続くステップ１１６ではｉ番気筒の電気ヒータ１７がオンにされる。
【００６２】
ＳＯＸ  （ｉ）フラグがセットされたときにはステップ１１１からステップ１１７に進み、ＳＯＸ  （ｉ）フラグがセットされてから一定時間以上経過したか否か、すなわちｉ番気筒のＳＯＸ  吸収剤１０のＳＯＸ  放出作用が一定時間以上行われたか否かが判別される。ＳＯＸ  （ｉ）フラグがセットされてから一定時間以上経過していないときには処理サイクルを終了する。これに対し、ＳＯＸ  （ｉ）フラグがセットされてから一定時間以上経過したときには次いでステップ１１８に進み、ＳＯＸ  （ｉ）フラグがリセットされる。続くステップ１１９ではｉ番気筒の電気ヒータ１７がオフにされる。続くステップ１２０ではＮＯＸ  （ｉ）フラグがリセットされ、あるいはリセット状態に維持される。
【００６３】
図１７は２次燃料噴射を制御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クランク角毎の割り込みによって実行される。
図１７を参照すると、まずステップ１３０では変数ｉに順次１，２，３，４が繰り返し代入される。続くステップ１３１ではＳＯＸ  （ｉ）フラグがセットされているか否かが判別される。ＳＯＸ  （ｉ）フラグがリセットされているとき、すなわちｉ番気筒のＮＯＸ  吸収剤１０からＳＯＸ  を放出させるべきときでないときには次いでステップ１３２に進み、ＮＯＸ  （ｉ）フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯＸ  （ｉ）フラグがリセットされているとき、すなわちｉ番気筒のＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  およびＳＯＸ  を放出させるべきときでないときには次いでステップ１３３に進み、ｉ番気筒のＮＯＸ  吸収剤１０のＨＣ吸着剤に吸着されているＨＣ量ＳＨＣ（ｉ）が算出される。続くステップ１３４では、図７のマップからＨＣ吸着剤にＨＣを供給するための２次燃料噴射時間ＴＡが算出される。続くステップ１３５ではｉ番気筒の２次燃料噴射時間ＴＡＵＳ（ｉ）がこのＴＡとされる。続くステップ１３６ではｉ番気筒の２次燃料噴射時期ＦＩＴ（ｉ）がＲＴＤとされる。
【００６４】
これに対し、ＮＯＸ  （ｉ）フラグがセットされているときにはステップ１３２からステップ１３７に進み、図５のマップからｉ番気筒のＮＯＸ  吸収剤１０からＮＯＸ  を放出させるための２次燃料噴射時間ＴＮが算出される。続くステップ１３８では図６（Ｃ）のマップから補正係数ＫＲＮが算出される。続くステップ１３９ではＴＮとＫＲＮの積の形でｉ番気筒の２次燃料噴射時間ＴＡＵＳ（ｉ）が算出される。続くステップ１４０ではｉ番気筒の２次燃料噴射時期ＦＩＴ（ｉ）がＡＤＶとされる。一方、ＳＯＸ  （ｉ）フラグがセットされているときにはステップ１３１からステップ１４１に進み、図１４のマップからＮＯＸ  吸収剤１０からＳＯＸ  を放出させるための２次燃料噴射時間ＴＳＳが算出される。続くステップ１４２ではｉ番気筒の２次燃料噴射時間ＴＡＵＳ（ｉ）がこのＴＳＳとされる。続くステップ１４０ではｉ番気筒の２次燃料噴射時期ＦＩＴ（ｉ）がＡＤＶとされる。なお、排気浄化装置のその他の構成および作用は上述の実施態様と同様であるので説明を省略する。
【００６５】
【発明の効果】
ＮＯＸ  吸収剤から放出されたＮＯＸ  が再びＮＯＸ  吸収剤に吸収されるのを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】触媒コンバータの部分拡大断面図である。
【図３】ＮＯＸ  吸収剤のＮＯＸ  吸放出作用を説明するための図である。
【図４】ＮＯＸ  吸収剤のＮＯＸ  吸放出作用、酸素吸蔵剤の酸素吸放出作用、およびＨＣ吸着剤のＨＣ吸着脱離作用を説明するための図である。
【図５】２次燃料噴射時間ＴＮのマップを示す図である。
【図６】補正係数ＫＲＮのマップを示す図である。
【図７】２次燃料噴射時間ＴＡのマップを示す図である。
【図８】２次燃料噴射時間ＴＳのマップを示す図である。
【図９】補正係数ＫＲＳのマップを示す図である。
【図１０】ＮＯＸ  放出制御を実行するためのフローチャートである。
【図１１】ＳＯＸ  放出制御を実行するためのフローチャートである。
【図１２】２次燃料噴射を制御するためのフローチャートである。
【図１３】別の実施態様を示す内燃機関の全体図である。
【図１４】２次燃料噴射時間ＴＳＳのマップを示す図である。
【図１５】図１３の実施態様においてＮＯＸ  放出制御を実行するためのフローチャートである。
【図１６】図１３の実施態様においてＳＯＸ  放出制御を実行するためのフローチャートである。
【図１７】図１３の実施態様において２次燃料噴射を制御するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
７…燃料噴射弁
８…排気マニホルド
１０…ＮＯＸ  吸収剤
１１…触媒コンバータ
１４…セル壁
１５ｕ…排気上流端
１５ｄ…排気下流端
１６ｕ…上流端開放セル
１６ｄ…下流端開放セル
【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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【図１７】
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