(57)【要約】  内燃機関において、機関排気通路内に排気浄化触媒(13)とパティキュレートフィルタ（14）と炭化水素供給弁（15）が配置されており、パティキュレートフィルタ(14)下流の排気ガスを再循環させる低圧排気ガス再循環装置（LPL）を具備している。炭化水素供給弁（15）から炭化水素が噴射されると排気浄化触媒（13）において生成された二酸化炭素が再循環され、排気浄化触媒（13）への流入排気ガスの空燃比が一時的に低下する。パティキュレートフィルタ（14）の再生時には、この空燃比の一時的な低下と重ならないように炭化水素供給弁（15）から炭化水素が噴射される。
2014049690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に炭化水素供給弁を配置すると共に炭化水素供給弁下流の機関排気通路内に排気浄化触媒とパティキュレートフィルタを配置し、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、該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、機関運転時に炭化水素供給弁から該予め定められた周期でもって炭化水素を噴射し、それによって排気ガス中に含まれる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、排気浄化触媒およびパティキュレートフィルタ下流の機関排気通路内の排気ガスを吸気通路内に再循環させる低圧排気ガス再循環装置を具備しており、該低圧排気ガス再循環装置による排気ガス再循環作用が行われているときに炭化水素供給弁から炭化水素が噴射されると排気浄化触媒において生成された二酸化炭素が再循環されると共に該炭化水素の噴射後、該二酸化炭素の再循環に要する時間を経過する毎に排気浄化触媒およびパティキュレートフィルタへの流入排気ガスの空燃比の一時的な低下が繰り返し引き起こされ、排気ガス中に含まれるNOxを浄化するために炭化水素供給弁から上記予め定められた周期でもって炭化水素が噴射されるときには、該流入排気ガスの空燃比の一時的な低下に同期して炭化水素供給弁から炭化水素が噴射されるのが許容され、パティキュレートフィルタおよび排気浄化触媒の少なくとも一方の昇温制御のために炭化水素供給弁から周期的に炭化水素が噴射されるときには、該流入排気ガスの空燃比の一時的な低下と重ならないように炭化水素供給弁から炭化水素が噴射される内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
パティキュレートフィルタおよび排気浄化触媒の少なくとも一方の昇温制御のために炭化水素供給弁から周期的に炭化水素が噴射されるときには、炭化水素の噴射後、該炭化水素の噴射により続いて引き起こされる二つの該流入排気ガスの空燃比の一時的な低下の間において、炭化水素供給弁からの次の炭化水素の噴射作用が行われる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
パティキュレートフィルタおよび排気浄化触媒の少なくとも一方の昇温制御のために炭化水素供給弁から周期的に炭化水素が噴射されるときには、炭化水素の噴射後、次に炭化水素供給弁から炭化水素の噴射作用が行われるときの炭化水素の噴射時期は、排気ガスの再循環率と吸入空気量から算出される請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
パティキュレートフィルタおよび排気浄化触媒の少なくとも一方の昇温制御のために炭化水素供給弁から周期的に炭化水素が噴射されるときには、炭化水素の噴射後、該炭化水素の噴射により該流入排気ガスの空燃比の一時的な低下が最初に引き起こされた後に、炭化水素供給弁からの次の炭化水素の噴射作用が行われる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
パティキュレートフィルタの昇温制御は、パティキュレートフィルタを再生するための昇温制御である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
排気浄化触媒の昇温制御は、排気浄化触媒からSOxを放出させるための昇温制御である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
排気浄化触媒からSOxを放出すべきときには、排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするリッチ制御と、排気浄化触媒からSOxを放出させるための昇温制御とが交互に行われ、該リッチ制御が行われているときには上記低圧排気ガス再循環装置による排気ガス再循環作用が中止される請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
上記低圧排気ガス再循環装置の排気ガス再循環通路に、該排気ガス再循環通路内を流れる排気ガスを冷却するための冷却装置を配置し、該排気ガス再循環通路に該冷却装置を迂回するバイパス通路を連結し、排気ガスを該冷却装置内又はバイパス通路内に選択的に供給するための流路切換弁を設けて通常は排気ガスを冷却装置内に送り込み、該低圧排気ガス再循環装置による排気ガス再循環作用が行われているときに該排気ガス再循環通路内に流入する炭化水素の量が予め定められた許容量を超えたときには、排気ガスが冷却装置には流入せずバイパス通路内に流入するように流路切換弁が切換られる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
排気ガス中に含まれるNOxを浄化するために炭化水素供給弁から上記予め定められた周期でもって炭化水素が噴射されるときに、該排気ガス再循環通路内に流入する炭化水素の量が予め定められた許容量を超えたときには、排気ガスが冷却装置には流入せずバイパス通路内に流入するように流路切換弁が切換られる請求項８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】
機関排気通路内に排出された排気ガスを吸気通路内に再循環させるための排気ガス再循環装置を具備しており、機関排気通路内に排気浄化触媒を配置すると共に排気浄化触媒上流の機関排気通路内に炭化水素供給弁を配置し、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おり、機関運転時に炭化水素供給弁から予め定められた周期でもって炭化水素を噴射し、それによって排気ガス中に含まれるNOxを浄化するようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。この内燃機関では排気浄化触媒の温度が高温になっても高いNOx浄化率を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ2011／114499Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この内燃機関におけるよりも更に高いNOx浄化率を得ることが望まれる。【０００５】
本発明の目的は、NOx浄化率を高めつつトルク変動に起因した搭乗者に与える違和感を抑制することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、機関排気通路内に炭化水素供給弁を配置すると共に炭化水素供給弁下流の機関排気通路内に排気浄化触媒とパティキュレートフィルタを配置し、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おり、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、機関運転時に炭化水素供給弁からこの予め定められた周期でもって炭化水素を噴射し、それによって排気ガス中に含まれる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、排気浄化触媒およびパティキュレートフィルタ下流の機関排気通路内の排気ガスを吸気通路内に再循環させる低圧排気ガス再循環装置を具備しており、低圧排気ガス再循環装置による排気ガス再循環作用が行われているときに炭化水素供給弁から炭化水素が噴射されると排気浄化触媒において生成された二酸化炭素が再循環されると共に炭化水素の噴射後、二酸化炭素の再循環に要する時間を経過する毎に排気浄化触媒およびパティキュレートフィルタへの流入排気ガスの空燃比の一時的な低下が繰り返し引き起こされ、排気ガス中に含まれるNOxを浄化するために炭化水素供給弁から上述の予め定められた周期でもって炭化水素が噴射されるときには、流入排気ガスの空燃比の一時的な低下に同期して炭化水素供給弁から炭化水素が噴射されるのが許容され、パティキュレートフィルタおよび排気浄化触媒の少なくとも一方の昇温制御のために炭化水素供給弁から周期的に炭化水素が噴射されるときには、流入排気ガスの空燃比の一時的な低下と重ならないように炭化水素供給弁から炭化水素が噴射される内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
高いNOx浄化率を得ることができ、かつトルク変動に起因した搭乗者に与える違和感を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】図２は触媒担体の表面部分を図解的に示す図である。
【図３】図３は排気浄化触媒における酸化反応を説明するための図である。
【図４】図４は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化を示す図である。
【図５】図５はNOx浄化率を示す図である。
【図６】図６Ａおよび６Ｂは排気浄化触媒における酸化還元反応を説明するための図である。
【図７】図７Ａおよび７Ｂは排気浄化触媒における酸化還元反応を説明するための図である。
【図８】図８は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化を示す図である。
【図９】図９はNOx浄化率を示す図である。
【図１０】図10は排気浄化触媒への流入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】図11は排気浄化触媒への流入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１２】図12は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】図13は同一の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】図14は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】図15は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】図16Ａおよび16Ｂは炭化水素の噴射時間等を示す図である。
【図１７】図17は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化等を示す図である。
【図１８】図18は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化等を示す図である。
【図１９】図19は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化等を示す図である。
【図２０】図20Ａおよび20Ｂは夫々EGR率および炭化水素の噴射時間を示す図である。
【図２１】図21はNOx放出制御を示す図である。
【図２２】図22は排出NOx量NOXAのマップを示す図である。
【図２３】図23は燃料噴射時期を示す図である。
【図２４】図24は追加の燃料量WRのマップを示す図である。
【図２５】図25は各運転領域Ｉ,II、IIIを示す図である。
【図２６】図26は第１のNOx浄化方法とパティキュレートフィルタの再生制御とを示す図である。
【図２７】図27は第２のNOx浄化方法とSOxの放出制御とを示す図である。
【図２８】図28Ａおよび28ＢはHCすり抜け量の多い領域を示す図である。
【図２９】図29はNOx浄化制御を行うためのフローチャートである。
【図３０】図30はNOx浄化制御を行うためのフローチャートである。
【図３１】図31はパティキュレートフィルタの再生制御を行うためのフローチャートである。
【図３２】図32はSOx放出制御を行うためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６ｂ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、コンプレッサ７ａの入口は吸気ダクト６ａおよび吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６ｂ内にはアクチュエータ10ａより駆動されるスロットル弁10が配置され、吸気ダクト６ｂ周りには吸気ダクト６ｂ内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置11が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置11内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００１０】
一方、排気マニホルド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、排気タービン７ｂの出口は排気管12ａを介して排気浄化触媒13の入口に連結される。排気浄化触媒13の下流にはパティキュレートフィルタ14が配置されており、パティキュレートフィルタ14の出口は排気管12ｂに連結される。排気浄化触媒13上流の排気管12ａ内には圧縮着火式内燃機関の燃料として用いられる軽油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が配置される。図１に示される実施例では炭化水素供給弁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、本発明はリーン空燃比のもとで燃焼の行われる火花点火式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15からは火花点火式内燃機関の燃料として用いられるガソリンその他の燃料からなる炭化水素が供給される。
【００１１】
一方、排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、EGRと称す）通路16を介して互いに連結される。EGR通路16内には電子制御式EGR制御弁17が配置され、更にEGR通路16周りにはEGR通路16内を流れる排気ガスを冷却するための冷却装置16ａが配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置16ａ内に導かれ、機関冷却水によって排気ガスが冷却される。また、各燃料噴射弁３は燃料供給管18を介してコモンレール19に連結され、このコモンレール19は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ20を介して燃料タンク21に連結される。燃料タンク21内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ20によってコモンレール19内に供給され、コモンレール19内に供給された燃料は各燃料供給管18を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００１２】
一方、パティキュレートフィルタ14下流の排気管12ｂ内にはアクチュエータ22ａによって駆動される排気制御弁22が配置され、この排気制御弁22とパティキュレートフィルタ14との間の排気管12ｂ内はEGR通路23を介して吸気管６ａに連結される。このEGR通路23内にはアクチュエータ24ａより駆動されるEGR制御弁24が配置され、更にEGR通路23周りにはEGR通路23内を流れる排気ガスを冷却するための冷却装置25が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置25内に導かれ、機関冷却水によって排気ガスが冷却される。また、EGR通路23には冷却装置25を迂回するバイパス通路25ａが接続されており、冷却装置25へのEGRガスの入口とバイパス通路25ａへのEGRガスの入口との分岐部にはEGRガスを冷却装置25内又はバイパス通路25ａ内に選択的に供給するための流路切換弁26が配置される。この流路切換弁26はアクチュエータ26ａによって切換制御され、通常はEGRガスが冷却装置25内に流入するように流路切換弁26は図１に示される如くバイパス通路25ａへの入口を閉鎖する位置に保持されている。
【００１３】
電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス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を具備する。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27が取付けられており、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の前後差圧を検出するための差圧センサ28が取り付けられている。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センサ29が取付けられている。これら温度センサ27、29、差圧センサ28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。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Ｌ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。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、スロットル弁駆動用アクチュエータ10ａ、炭化水素供給弁15、EGR制御弁17,  燃料ポンプ20、排気制御弁駆動用アクチュエータ22ａ、EGR制御弁駆動用アクチュエータ24ａおよび流路切換弁駆動用アクチュエータ26ａに接続される。
【００１４】
上述したように、図１に示される実施例では、EGR通路16および EGR制御弁17からなる排気ガス再循環装置HPLと、EGR通路23および EGR制御弁24からなる排気ガス再循環装置LPLとの二つの排気ガス再循環装置が設けられている。この場合、図１からわかるように、排気ガス再循環装置HPLでは排気マニホルド５内の排気ガスが再循環され、排気ガス再循環装置LPLでは排気浄化触媒13およびパティキュレートフィルタ14下流の排気管12ｂ内の排気ガスが再循環される。ところでこの場合、排気マニホルド５内の排気ガスの圧力は、排気浄化触媒13およびパティキュレートフィルタ14下流の排気管12ｂ内の排気ガスの圧力に比べてかなり高い。従って、排気ガス再循環装置HPLを以下、排気タービン７ｂ上流の機関排気通路内の比較的高圧の排気ガスをコンプレッサ７a下流の吸気通路内に再循環させる高圧排気ガス再循環装置と称し、排気ガス再循環装置LPLを以下、排気浄化触媒13およびパティキュレートフィルタ14下流の機関排気通路内の比較的低圧の排気ガスをコンプレッサ７ａ上流の吸気通路内に再循環させる低圧排気ガス再循環装置と称する。
【００１５】
図２は排気浄化触媒13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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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への流入排気ガスの空燃比（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。
【００１９】
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への流入排気ガスの空燃比（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。
【００２０】
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６Ｂを参照しつつ説明する。なお、これら図６Ａおよび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せしめたときに生ずると推測される反応が示されている。
【００２１】
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。
【００２２】
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Pt51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。
【００２３】
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の全体に亘って順次付着する。これら付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、付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、ラジカルとなる。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の表面上に付着又は吸着される。
【００２４】
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。
【００２５】
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が付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付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、還元性中間体は排気ガス中のNOxや活性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は図６Ａに示されるように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。
【００２６】
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排気ガス中のNOxや活性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。
【００２７】
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排気ガス中のNOxや活性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が排気ガス中のNOxや活性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。
【００２８】
一方、炭化水素の供給周期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。
【００２９】
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に示される例では噴射間隔が３秒とされている。
【００３０】
炭化水素濃度の振動周期、即ち炭化水素HCの供給周期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Pt53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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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NOxが排気浄化触媒13に吸蔵されづらくなり、更に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，６Ｂに示される新たなNOx浄化方法では図６Ａ，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。
【００３６】
本発明による実施例では、この新たなNOx浄化方法を用いてNOｘを浄化しうるように、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、機関運転時に炭化水素供給弁15から予め定められた周期でもって炭化水素を噴射し、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。
【００３７】
即ち、図４から図６Ａ，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。
【００３８】
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。
【００３９】
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への流入排気ガスの空燃比（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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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51の担持量や酸性の強さによって変化することになる。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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ΔＴ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ΔＴを減少させることができる。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、図１に示される実施例では、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。従って図１に示される実施例では、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。
【００５３】
一方、本発明による実施例では、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。そこで本発明による実施例では、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。
【００５４】
さて、本発明による実施例では、炭化水素供給弁15からの炭化水素噴射量および噴射時期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される。この場合、本発明による実施例では、低圧排気ガス再循環装置LPLによる排気ガス再循環作用を行ないつつ第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われているときの最適な炭化水素噴射量ＷＴ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16Ａに示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されており、また、このときの最適な炭化水素の噴射周期ΔＴも燃料噴射弁３からの噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として図16Ｂに示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されている。同様に、高圧排気ガス再循環装置HPLによる排気ガス再循環作用を行いつつ第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われているときの最適な炭化水素噴射量ＷＴおよび噴射周期ΔＴも燃料噴射弁３からの噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として夫々予めROM32内に記憶されている。
【００５５】
ところで、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されると一部の炭化水素は部分酸化されるが大部分の炭化水素は完全に酸化され、従って炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されると排気浄化触媒13において多量の二酸化炭素ＣＯ２が生成される。このとき、低圧排気ガス再循環装置LPLによる排気ガス再循環作用が行なわれていたとすると、排気浄化触媒13において生成された多量の二酸化炭素ＣＯ２は低圧排気ガス再循環装置LPLのEGR通路23および吸気通路６ａ、６ｂを介して燃焼室２内に再循環される。このように多量の二酸化炭素ＣＯ２が燃焼室２内に再循環されると燃焼室２内に供給される空気量が一時的に減少し、燃焼室２内における燃焼ガスの空燃比が一時的に低下する。その結果、燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比、即ち排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比が
一時的に低下することになる。
【００５６】
図17は、このときの、即ち低圧排気ガス再循環装置LPLによる排気ガスの再循環作用が行われているときに炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたときの、排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の変化と、排気浄化触媒13から流出する二酸化炭素ＣＯ２の濃度変化と、燃焼室２内におけるベース空燃比の変化とを示している。図17に示されるように、時刻ｔ１において炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されると、排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in が一時的にリッチとなり、このとき排気浄化触媒13から流出する二酸化炭素ＣＯ２の濃度が一時的に高くなる。その結果、燃焼室２内におけるベース空燃比が一時的に低下し、燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比が一時的に低下する。それにより、時刻ｔ２において排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in が一時的に低下する。即ち、炭化水素の噴射により生成された二酸化炭素ＣＯ２が再循環されて排気浄化触媒13の入り口に到達すると、それによって排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in が一時的に低下することになる。
【００５７】
一方、炭化水素の噴射により生成された二酸化炭素ＣＯ２が再循環されて排気浄化触媒13の入り口に到達すると、この二酸化炭素ＣＯ２は再び再循環される。その結果、時刻ｔ３において排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in が再び低下する。このように低圧排気ガス再循環装置LPLによる排気ガス再循環作用が行われているときに炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されると炭化水素の噴射後、二酸化炭素の再循環に要する時間を経過する毎に排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の一時的な低下が繰り返し引き起こされる。この場合、図17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の低下量は、生成された二酸化炭素ＣＯ２が最初に再循環されて排気浄化触媒13の入り口に到達したときが最も大きく、排気浄化触媒13の入り口に到達した二酸化炭素ＣＯ２が二度目に再循環されて排気浄化触媒13の入り口に到達したときには排気ガスの空燃比の低下量はかなり減少し、二酸化炭素ＣＯ２が三度目に再循環されて排気浄化触媒13の入り口に到達したときには排気ガスの空燃比の低下量は更に減少する。
【００５８】
さて、図17は、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われているときに、最も頻繁に行われる炭化水素噴射制御を示している。この場合には、炭化水素の噴射周期は１秒よりも長く、これに対して図１に示されるような自動車用内燃機関では、二酸化炭素が再循環に要する時間、即ち図17においてｔ１からｔ２に至るまでの時間、或いはｔ２からｔ３に至るまでの時間は１秒よりもかなり短い。従って、通常は、炭化水素の噴射作用と、時刻ｔ２や時刻ｔ３において示される排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の低下とが重なることはない。しかしながら、機関負荷が極めて高くNOxの発生量の多い機関高速高負荷運転時、或いはパティキュレートフィルタ14や排気浄化触媒13を昇温すべく単位時間当りの炭化水素の噴射量を増量したときには、炭化水素の噴射作用と排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の低下とが重なることがある。
【００５９】
図18における（Ａ）は、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われているときの機関負荷の極めて高い機関高速高負荷運転時において、炭化水素の噴射作用と排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の低下とが重なった場合を示しており、図18における（Ｂ）は、パティキュレートフィルタ14や排気浄化触媒13を昇温すべく単位時間当りの炭化水素の噴射量を増量したときに、炭化水素の噴射作用と排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の低下とが重なった場合を示している。なお、図18には、図17と同様に、これらのときの、排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の変化と、排気浄化触媒13から流出する二酸化炭素ＣＯ２の濃度変化と、燃焼室２内におけるベース空燃比の変化とが示されている。
【００６０】
さて、このように炭化水素の噴射作用と排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の低下とが重なった場合には、燃焼室２内におけるベース空燃比が低下し、その結果、燃焼しづらくなるために機関の発生トルクの低下を引き起こす。しかしながら、このとき図18の（Ａ）に示される場合のように、機関負荷の極めて高い機関高速高負荷運転が行われているときには燃料噴射量が多いために燃焼が安定しており、燃焼室２内に供給される二酸化炭素ＣＯ２の量が増大してもそれほど機関の発生トルクは低下しない。また、機関高速高負荷運転が行われているときには、トルクの発生間隔が短いために、いずれかの気筒において発生トルクが低下したとしても搭乗者はほとんどトルクの低下を感じない。即ち、機関負荷の極めて高い機関高速高負荷運転時に炭化水素の噴射作用と排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の低下とが重なって機関の発生トルクが低下したとしても、搭乗者に違和感を与えることはない。
【００６１】
それよりも第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われているときの機関高速高負荷運転時に、炭化水素の噴射作用と排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の低下とが重なると、排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in のリッチの度合いを高めることができ、従ってNOxを浄化するのに十分な量の還元性中間体を生成することができる。その結果、NOxの浄化率を向上することができる。従って、本発明では、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われている場合において、機関高速高負荷運転が行われているときには、炭化水素の噴射作用と排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の低下とが重なることを許容している。
【００６２】
これに対し、図18の（Ｂ）に示されるように、パティキュレートフィルタ14や排気浄化触媒13を昇温すべく単位時間当りの炭化水素の噴射量を増量したときに、炭化水素の噴射作用と排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の低下とが重なった場合には若干状況が異なる。即ち、このようなパティキュレートフィルタ14や排気浄化触媒13の昇温作用は、機関低速低負荷運転時にも行われる。ところが機関低速低負荷運転が行われているときには燃料噴射量が少ないために燃焼が安定しておらず、従ってこのとき燃焼室２内に供給される二酸化炭素ＣＯ２の量が増大すると機関の発生トルクは大きく低下する。また、機関低速低負荷運転が行われているときには、トルク発生間隔が長いために、いずれかの気筒において発生トルクが低下すると搭乗者はトルクが低下したことを強く感じる。即ち、機関低速低負荷運転時に炭化水素の噴射作用と排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の低下とが重なって機関の発生トルクが低下すると、搭乗者に違和感を与えることになる。
【００６３】
そこで本発明では、パティキュレートフィルタ14や排気浄化触媒13を昇温すべく単位時間当りの炭化水素の噴射量を増量したときには、炭化水素の噴射作用と排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の低下とが重ならないように炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射するようにしている。次に、図19を参照しつつ、このことについて具体的に説明する。なお、図19には、図17と同様に、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたときの、排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の変化と、排気浄化触媒13から流出する二酸化炭素ＣＯ２の濃度変化と、燃焼室２内におけるベース空燃比の変化とが示されている。また、図19は、理解しやすくするために、図17に比べて横軸の時間を引き延ばして示している。
【００６４】
図19において、時刻ｔ１において炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されると、時刻ｔ２において排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の最初の低下が生じ、時刻ｔ３において排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の二度目の低下が生ずる。図19に示される例では、これらの排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の低下と重ならないように次の炭化水素の噴射作用が行われる。その結果、燃焼室２内におけるベース空燃比の低下量が少なくなり、機関の発生トルクの低下量が少なくなるので、搭乗者に与える違和感を抑制することができる。
【００６５】
即ち、本発明では、機関排気通路内に炭化水素供給弁15を配置すると共に炭化水素供給弁15下流の機関排気通路内に排気浄化触媒13とパティキュレートフィルタ14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、機関運転時に炭化水素供給弁15からこの予め定められた周期でもって炭化水素を噴射し、それによって排気ガス中に含まれる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13およびパティキュレートフィルタ14下流の機関排気通路内の排気ガスを吸気通路内に再循環させる低圧排気ガス再循環装置LPLを具備しており、低圧排気ガス再循環装置LPLによる排気ガス再循環作用が行われているときに炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されると排気浄化触媒13において生成された二酸化炭素が再循環されると共に炭化水素の噴射後、二酸化炭素の再循環に要する時間を経過する毎に排気浄化触媒13およびパティキュレートフィルタ14への流入排気ガスの空燃比の一時的な低下が繰り返し引き起こされ、排気ガス中に含まれるNOxを浄化するために炭化水素供給弁15から上述の予め定められた周期でもって炭化水素が噴射されるときには、流入排気ガスの空燃比の一時的な低下に同期して炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されるのが許容され、パティキュレートフィルタ14および排気浄化触媒13の少なくとも一方の昇温制御のために炭化水素供給弁15から周期的に炭化水素が噴射されるときには、流入排気ガスの空燃比の一時的な低下と重ならないように炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射される。
【００６６】
この場合、本発明による実施例では、図19に示されるように、炭化水素の噴射後、この炭化水素の噴射により続いて引き起こされる二つの流入排気ガスの空燃比の一時的な低下の間において、炭化水素供給弁15からの次の炭化水素の噴射作用が行われる。このとき、図19に示される例では、時刻ｔ１における炭化水素の噴射後、この炭化水素の噴射により時刻ｔ２において最初に引き起こされる流入排気ガスの空燃比の一時的な低下と、時刻ｔ３において次に引き起こされる流入排気ガスの空燃比の一時的な低下との中間において、炭化水素供給弁15から次の炭化水素の噴射作用が行われる。なお、時刻ｔ１における炭化水素の噴射後、この炭化水素の噴射により時刻ｔ２において流入排気ガスの空燃比の一時的な低下が最初に引き起こされる前に、炭化水素供給弁15からの次の炭化水素の噴射作用が行われると、炭化水素の噴射作用と排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の低下とが重なる可能性が高い。従って、図19に示されるように、時刻ｔ１における炭化水素の噴射後、この炭化水素の噴射により時刻ｔ２において流入排気ガスの空燃比の一時的な低下が最初に引き起こされた後に、炭化水素供給弁15からの次の炭化水素の噴射作用が行われる。
【００６７】
図19に示されるように単位時間当りの炭化水素の噴射量が増量せしめられるのは、パティキュレートフィルタ14や排気浄化触媒13の昇温制御を行うときである。この場合、パティキュレートフィルタ14の昇温制御は、パティキュレートフィルタ14を再生するための昇温制御であり、排気浄化触媒13の昇温制御は、排気浄化触媒13からSOxを放出させるための昇温制御である。これらパティキュレートフィルタ14や排気浄化触媒13の昇温制御は過剰酸素のもとで、即ちリーン空燃比のもとで炭化水素供給弁15から炭化水素を周期的に噴射することによって行われる。
【００６８】
ところで、炭化水素の噴射後、炭化水素の噴射により排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比の一時的な低下が最初に引き起こされるまでの時間、即ち流入排気ガスの空燃比の一時的な低下が生ずる周期は、排気ガスの再循環に要する時間から算出することができる。即ち、排気ガスの再循環に要する時間は、排気浄化触媒13から流出した二酸化炭素ＣＯ２を含むEGRガスが低圧排気ガス再循環装置LPLのEGR通路23内を流れる時間TAと、このEGRガスを含んだ吸入空気が吸気通路６ａ、６ｂおよび燃焼室２を通って排気浄化触媒13に流入するまでの時間TBとの和となる。この場合、時間TAは、排気浄化触媒13から流出した排気ガス、即ちEGRガスが吸気通路６ａに到達するまでのEGRガス流通路の容積をEGR量で除算することによって算出することができ、一方時間TBは、EGRガスを含んだ吸入空気が排気浄化触媒13に到達するまでのガス流通路の容積を（吸入空気量＋EGR量）で除算することによって算出することができる。
【００６９】
一方、通常内燃機関では、EGR率GR（＝EGRガス量/（吸入ガス量＋EGRガス量））は機関の運転状態に応じて予め定められており、本発明による実施例ではこのEGR率GR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20Ａに示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されている。従って、機関の運転状態が定まるとEGR率GRが定まることになる。一方、吸入空気量は常時計測されており、また、上述のEGRガス流通路の容積およびガス流通路の容積は予め求められている。従って、排気ガスの再循環に要する時間（TA+TB）は、EGR率と吸入空気量から算出できることになる。因みに図19に示される例では、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期ΔＴは、排気ガスの再循環に要する時間（TA+TB）の１．５倍とされている。
【００７０】
即ち、本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ14および排気浄化触媒13の少なくとも一方の昇温制御のために炭化水素供給弁15から周期的に炭化水素が噴射されるときには、炭化水素の噴射後、次に炭化水素供給弁15から炭化水素の噴射作用が行われるときの炭化水素の噴射時期は、排気ガスの再循環率GRと吸入空気量から算出される。また、パティキュレートフィルタ14や排気浄化触媒13を目標温度、例えば600℃まで昇温させるのに必要な炭化水素の噴射時間WTX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20Ｂに示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されている。
【００７１】
次に図21から図24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。
【００７２】
この第２のNOx浄化方法では図21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。
【００７３】
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が噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として図22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。
【００７４】
この第２のNOx浄化方法では図23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Ｑに加え、追加の燃料WRを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23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。この燃料量WRは噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として図24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、この場合炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射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。
【００７５】
さて、排気浄化触媒13およびパティキュレートフィルタ14から排気管12ｂ内に流出する排気ガスの温度は排気マニホルド５内に排出される排気ガスの温度に比べてかなり低く、従って低圧排気ガス再循環装置LPLにより燃焼室２内に再循環される排気ガスの温度は高圧排気ガス再循環装置HPLにより燃焼室２内に再循環される排気ガスの温度に比べてかなり低くなる。従って低圧排気ガス再循環装置LPLにより排気ガスを再循環した場合の方が、高圧排気ガス再循環装置HPLにより排気ガスを再循環した場合に比べて燃焼室２内における燃焼温が低下し、燃焼室２内におけるNOｘの生成量が低下する。即ち、低圧排気ガス再循環装置LPLを用いて排気ガスを再循環した場合の方が、高圧排気ガス再循環装置HPLを用いて排気ガスを再循環した場合に比べて燃焼室２から排出されるNOｘの量を低下させることができる。
【００７６】
従って、本発明による実施例では通常、低圧排気ガス再循環装置LPLを用いて排気ガスの再循環作用が行われ、低圧排気ガス再循環装置LPLを用いるよりも高圧排気ガス再循環装置HPLを用いた方が好ましい場合に限って、高圧排気ガス再循環装置HPLが用いられる。
【００７７】
一方、第１のNOｘ浄化方法を用いたときのNOｘ浄化率と第２のNOｘ浄化方法を用いたときのNOｘ浄化率とを比べると第１のNOｘ浄化方法を用いた場合の方が高いNOｘ浄化率を得ることができる。一方、第１のNOｘ浄化方法を用いた場合の炭化水素の供給頻度は第２のNOｘ浄化方法を用いた場合の炭化水素の供給頻度よりもかなり高いので、NOｘを浄化するために消費される炭化水素量は、第１のNOｘ浄化方法を用いた場合の方が第２のNOｘ浄化方法を用いた場合に比べて多くなる。即ち、NOｘ浄化率からみると、第１のNOｘ浄化方法を用いることが好ましいが、炭化水素消費量の低減という観点からみると、第２のNOｘ浄化方法を用いることが好ましいと言える。
【００７８】
これらのことを考慮して、低圧排気ガス再循環装置LPLを用いるか或いは高圧排気ガス再循環装置HPLを用いるかが、および第１のNOｘ浄化方法を用いるか或いは第２のNOｘ浄化方法を用いるかが決定される。本発明による実施例では、図25に示されるように、燃料噴射弁３からの燃料噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎに応じて機関の運転領域が三つの運転領域Ｉ,IIおよびIIIに分けられており、低圧排気ガス再循環装置LPLと高圧排気ガス再循環装置HPLとのいずれを用いるかが、および第１のNOｘ浄化方法と第２のNOｘ浄化方法のいずれを用いるかが各運転領域Ｉ,IIおよびIIIについて夫々予め定められている。
【００７９】
図25において、運転領域IIは、定常運転時に最も頻繁に使用される中速中負荷運転領域を表しており、定常運転時にはこの運転領域IIでは、排気ガス再循環装置としては低圧排気ガス再循環装置LPLが用いられており、NOx浄化方法としては第２のNOｘ浄化方法が用いられている。即ち、運転領域IIでは、燃焼室２からのNOｘの排出量を低減させるべく低圧排気ガス再循環装置LPLが用いられ、炭化水素消費量を低減すべく第２のNOｘ浄化方法が用いられる。
【００８０】
一方、図25において、運転領域IIIは、高速高負荷運転領域を表しており、この運転領域IIIでは、排気ガス再循環装置として低圧排気ガス再循環装置LPLが用いられており、NOｘ浄化方法として第１のNOｘ浄化方法が用いられている。即ち、高速高負荷運転時には、燃焼室２からのNOｘの排出量が増大し、従ってこのときには燃焼室２からのNOｘの排出量をできる限り低減させるべく低圧排気ガス再循環装置LPLが用いられ、高いNOｘ浄化率が得られるように第１のNOｘ浄化方法が用いられる。
【００８１】
一方、図25において、運転領域Ｉは、低速低負荷運転領域を表しており、この運転領域Ｉでは、排気ガス再循環装置として高圧排気ガス再循環装置HPLが用いられており、NOｘ浄化方法としては第２のNOｘ浄化方法が用いられている。即ち、低速低負荷運転時には、燃焼室２から排出される排気ガスの温度が低く、このとき低圧排気ガス再循環装置LPLを用いて排気ガスを再循環させると排気ガス中に含まれる水分が冷却装置23ａ内において凝縮し、その結果低圧排気ガス再循環装置LPL内に水分が蓄積してしまうという問題を生ずる。このような問題が生じないようにするために運転領域Ｉでは、高圧排気ガス再循環装置HPLが用いられ、炭化水素消費量を低減すべく第２のNOｘ浄化方法が用いられる。
【００８２】
図26は、第１のNOx浄化方法によるNOxの浄化作用が行われているとき、およびパティキュレートフィルタ14の再生制御が行われているときの、炭化水素供給弁15の噴射時間ＷＴ，燃料噴射弁３からの追加の噴射燃料量ＷＲ、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in および低圧排気ガス再循環装置LPLのEGR制御弁24の開閉弁状態を示しており、図27は、第２のNOx浄化方法によるNOxの浄化作用が行われているとき、および排気浄化触媒13からのSOx放出制御が行われているときの、炭化水素供給弁15の噴射時間ＷＴ，燃料噴射弁３からの追加の噴射燃料量ＷＲ、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in および低圧排気ガス再循環装置LPLのEGR制御弁24の開閉弁状態を示している。
【００８３】
図26はに示されるように、パティキュレートフィルタ14の再生制御が行われているときには、第１のNOx浄化方法によるNOxの浄化作用が行われているときに比べて、炭化水素供給弁15の噴射期間ＷＴが短くされ、このときには、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inをリーンに維持しつつ炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射作用が行われる。なお、第１のNOx浄化方法およびパティキュレートフィルタ14の再生制御が行われているときには、低圧排気ガス再循環装置LPLのEGR制御弁24は開弁せしめられている。
【００８４】
一方、図27に示されるように、排気浄化触媒13からのSOx放出制御が行われているときには、ｔｍで示される排気浄化触媒13の昇温制御或いは排気浄化触媒13の温度を600℃程度に維持する温度維持制御と、ｔｒで示される排気浄化触媒13からSOxを放出させるために燃料噴射弁３から追加の燃料ＷＲを噴射して排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inをリッチにするリッチ制御とが交互に繰り返される。ｔｍで示される排気浄化触媒13の昇温制御或いは排気浄化触媒13の温度を600℃程度に維持する温度維持制御が行われているときには、図26に示されるパティキュレートフィルタ14の再生制御が行われているときと同様に、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inをリーンに維持しつつ炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射作用が行われる。このときには、低圧排気ガス再循環装置LPLのEGR制御弁24は開弁せしめられている。
【００８５】
一方、排気浄化触媒13からのSOx放出制御が行われているときにおいてｔｒで示されるリッチ制御が行われているときには、機関の発生トルクの変動を防止するために、低圧排気ガス再循環装置LPLのEGR制御弁24は閉弁せしめられる。このように、本発明による実施例では、排気浄化触媒13からSOxを放出すべきときには、排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするリッチ制御と、排気浄化触媒13からSOxを放出させるための昇温制御とが交互に行われ、リッチ制御が行われているときには低圧排気ガス再循環装置LPLによる排気ガス再循環作用が中止される。また、第２のNOx浄化方法によるNOxの浄化作用が行われているときには、通常は低圧排気ガス再循環装置LPLのEGR制御弁24が開弁せしめられており、排気浄化触媒13からNOxを放出すべく排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされるときには、機関の発生トルクの変動を防止するために、低圧排気ガス再循環装置LPLのEGR制御弁24が閉弁せしめられる。
【００８６】
ところで前述したように、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されると大部分の炭化水素は排気浄化触媒13において酸化され、その結果、排気浄化触媒13において多量の二酸化炭素ＣＯ２が生成される。このとき、炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素の一部が排気浄化触媒13をすり抜ける場合があり、このときには排気浄化触媒13から二酸化炭素ＣＯ２に加えて炭化水素が排出されることになる。一方、このとき低圧排気ガス再循環装置LPLによる排気ガス再循環作用が行なわれていたとすると、排気浄化触媒13から排出された炭化水素は冷却装置25内に流入することになる。
【００８７】
この場合、冷却装置25に流入する炭化水素の量が少なければ特に大きな問題は生じない。しかしながら冷却装置25に流入する炭化水素の量が多いと、冷却装置25内に流入した炭化水素が冷却装置25内で冷却されて凝縮し、その結果、炭化水素がデポジットとして冷却装置25内に付着することになる。このように、炭化水素がデポジットとして冷却装置25内に付着すると、冷却装置25の冷却効率が悪化し、その結果冷却装置25の性能の低下を引き起こすことになる。従って、低圧排気ガス再循環装置LPLによる排気ガス再循環作用が行なわれているときには、排気浄化触媒13をすり抜けた多量の炭化水素が冷却装置25内に流入しないようにする必要がある。
【００８８】
さて、排気浄化触媒13をすり抜ける炭化水素の量が増大するのは、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射量が多くかつ炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素が排気浄化触媒13において十分に酸化されないときである。この場合、排気浄化触媒13の触媒温度TCが低くなると排気浄化触媒13の酸化能力が低くなるために炭化水素が十分に酸化されなくなる。また、排気ガスの流速が速くなると排気浄化触媒13上における酸素と炭化水素との反応時間が短くなるために炭化水素の対する酸化作用が弱まり、従って炭化水素が十分に酸化されなくなる。従って、排気浄化触媒13をすり抜ける炭化水素の量が増大するのは、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射量が多く、しかも排気浄化触媒13の触媒温度TCが低くかつ排気ガスの流速が速いとき、即ち吸入空気量が多いときである。
【００８９】
ところで、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射量が多く、しかもこのように炭化水素の噴射量が多い状態で排気浄化触媒13の触媒温度TCが低くなりかつ吸入空気量が多くなる可能性があるのは、第１のNOｘ浄化方法によるNOｘ浄化作用が行われているときである。即ち、第１のNOｘ浄化方法によるNOｘ浄化作用が行われているときに、排気浄化触媒13の触媒温度TCが低くかつ吸入空気量が多くなると、多量の炭化水素が排気浄化触媒13をすり抜け、このとき低圧排気ガス再循環装置LPLによる排気ガス再循環作用が行なわれていると、多量の炭化水素が冷却装置25内に流入することになる。この場合、冷却装置25内に流入する炭化水素の量が許容量を超えると、冷却装置25の冷却効率が悪化し、その結果冷却装置25の性能の低下を引き起こす。
【００９０】
このように冷却装置25内に流入する炭化水素の量が許容量を超えてしまうHCすり抜け量の多い領域が図28Ａにおいてハッチングで示されている。即ち、図28Ａのハッチングで示される領域におけるように排気浄化触媒13の触媒温度TCが低くかつ吸入空気量GAが多くなると、多量の炭化水素が排気浄化触媒13をすり抜け、その結果、冷却装置25内に流入する炭化水素の量が許容量を超えてしまうことになる。そこで本発明による実施例では、低圧排気ガス再循環装置LPLによる排気ガス再循環作用が行なわれ、しかも第１のNOｘ浄化方法によるNOｘ浄化作用が行われているときに、排気浄化触媒13の触媒温度TCおよび吸入空気量GAが図28Ａのハッチングで示すHCのすり抜け量の多い領域になったときには、冷却装置25の入口を閉鎖しバイパス通路25ａの入口を開放するように流路切換弁26を切換えるようにしている。即ち、本発明による実施例では、排気ガス再循環通路LPL内に流入する炭化水素の量が予め定められた許容量を超えたときには、排気ガスが冷却装置25には流入せずバイパス通路25ａ内に流入するように流路切換弁26が切換られる。
【００９１】
なお、図28Ａにおいてハッチングで示されるHCのすり抜け量の多い領域は予め実験により求められており、このHCのすり抜け量の多い領域は予めROM32に記憶されている。なお、この場合、図28Ｂにおいてハッチングで示すように、排気浄化触媒13の触媒温度TC が予め定められた温度Ｔh よりも低くかつ吸入空気量GAが予め定められた量Gh よりも多い領域をHCのすり抜け量の多い領域とすることもできる。
【００９２】
図29および図30にNOｘ浄化制御ルーチンを示す。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図29を参照するとまず初めにステップ60において、機関の運転状態が図25に示される運転領域Ｉであるか否かが判別される。機関の運転状態が運転領域Ｉであるときにはステップ61に進んで高圧排気ガス再循環装置HPLによる排気ガス再循環作用が行われ、次いでステップ63に進む。これに対し、機関の運転状態が運転領域Ｉでないときにはステップ62に進んで低圧排気ガス再循環装置LPLによる排気ガス再循環作用が行われ、次いでステップ63に進む。
【００９３】
ステップ63ではパティキュレートフィルタ14の再生制御中であるか否かがが判別される。パティキュレートフィルタ14の再生制御中でないときにはステップ64に進んで差圧センサ28により検出されたパティキュレートフィルタ14の前後差圧ΔＰが許容値ＰＺを超えたか否かが判別される。パティキュレートフィルタ14の前後差圧ΔＰが許容値ＰＺを超えていないときにはステップ66に進んで排気浄化触媒13からのSOx放出制御中であるか否かが判別される。排気浄化触媒13からのSOx放出制御中でないときにはステップ67に進んで排気浄化触媒13の貯蔵されているSOx量ΣＳＯＸが算出される。燃料噴射弁３から噴射される燃料内には硫黄が一定割合で含まれており、従ってステップ67では燃料噴射弁３からの燃料噴射量Ｑに定数Ｋを乗算した値を積算することによって排気浄化触媒13の貯蔵されているSOx量ΣＳＯＸが算出される。次いで、ステップ68に進む。
【００９４】
ステップ68では、貯蔵SOx量ΣＳＯＸが許容SOx量ＳＺを超えたか否かが判別される。貯蔵SOx量ΣＳＯＸが許容SOx量ＳＺを超えていないときにはステップ70に進んで機関の運転状態が図25に示される高速高負荷運転領域IIIであるか否かが判別される。機関の運転状態が図25に示される高速高負荷運転領域IIIでないときにはステップ71に進んで第２のNOｘ浄化方法によるNOｘ浄化作用が行われる。
【００９５】
即ち、ステップ71では図22に示すマップから単位時間当りの排出NOｘ量NOXAが算出される。次いでステップ72ではΣNOXに排出NOｘ量NOXAを加算することによって吸蔵NOｘ量ΣNOXが算出される。次いでステップ73では吸蔵NOｘ量ΣNOXが許容値MAXを越えたか否かが判別される。ΣNOX＞MAXになるとステップ74に進んで排気浄化触媒13からNOxを放出するために排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするリッチ制御が行われる。このリッチ制御では図24に示すマップから追加の燃料量WRが算出され、追加の燃料の噴射作用が行われる。更にこのとき、低圧排気ガス再循環装置LPLのEGR制御弁24が閉弁せしめられる。次いでステップ75ではΣNOXがクリアされる。
【００９６】
これに対し、ステップ70において、機関の運転状態が図25に示される高速高負荷運転領域IIIであると判別されたときにはステップ76に進み、図16Ａに示すマップから算出された炭化水素の噴射時間WTおよび図16Ｂに示すマップから算出された炭化水素の噴射周期ΔＴに基づいて第１のNOｘ浄化方法によるNOｘ浄化作用が行われる。次いで、ステップ77では、排気浄化触媒13の触媒温度TCおよび吸入空気量GAが図28Ａのハッチングで示すHCのすり抜け量の多い領域にあるか否かが判別される。排気浄化触媒13の触媒温度TCおよび吸入空気量GAが図28Ａのハッチングで示すHCのすり抜け量の多い領域にないときには処理サイクルを完了する。このとき、流路切換弁26によって冷却装置25の入口が開放されており、バイパス通路25ａの入口が閉鎖されている。従ってこのときには、排気ガスは冷却装置25内に送り込まれている。
【００９７】
これに対し、ステップ77において、排気浄化触媒13の触媒温度TCおよび吸入空気量GAが図28Ａのハッチングで示すHCのすり抜け量の多い領域にあると判断されたときにはステップ78に進んで、冷却装置25の入口を閉鎖しバイパス通路25ａの入口を開放するように流路切換弁26が切換えられる。従って、このとき、排気ガスは、冷却装置25内に流入せず、バイパス通路25ａ内に流入することになる。
【００９８】
一方、ステップ64において、パティキュレートフィルタ14の前後差圧ΔＰが許容値ＰＺを超えたと判別されたときにはステップ65に進んでパティキュレートフィルタ14の再生制御が行われる。パティキュレートフィルタ14の再生制御が開始されるとステップ63ではパティキュレートフィルタ14の再生制御中であると判別され、ステップ65に進む。このステップ65のおけるパティキュレートフィルタ14の再生制御ルーチンが図31に示されている。
【００９９】
このパティキュレートフィルタ再生制御ルーチンでは図31に示されるように、まず初めにステップ80において、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期ΔＴが、図20Ａに示すEGR率GRと吸入空気量から算出される。前述したように、図19に示される例では、この炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期ΔＴは、排気ガスの再循環に要する時間（TA+TB）の１．５倍とされている。次いで、ステップ81では、パティキュレートフィルタ14を目標温度、例えば600℃まで昇温させるのに必要な炭化水素の噴射時間WTXが、図20Ｂに示すマップから算出される。次いで、ステップ82では、ステップ80において算出された炭化水素の噴射周期ΔＴおよびステップ81において算出された炭化水素の噴射時間WTXに基づいて炭化水素の噴射制御が行われる。
【０１００】
一方、図29のステップ68において、貯蔵SOx量ΣＳＯＸが許容SOx量ＳＺを超えたと判別されたときにはステップ69に進んで排気浄化触媒13からのSOx放出制御が行われる。排気浄化触媒13からのSOx放出制御が開始されるとステップ66では排気浄化触媒13からのSOx放出制御中であると判別され、ステップ69に進む。このステップ69のおける排気浄化触媒13からのSOx放出制御ルーチンが図32に示されている。
【０１０１】
この排気浄化触媒13からのSOx放出制御ルーチンでは図32に示されるように、まず初めにステップ90において、排気浄化触媒13の温度が排気浄化触媒13からSOxを放出しうるSOx放出温度、例えば600℃以上であるか否かが判別される。排気浄化触媒13の温度がSOx放出温度以上でないときにはステップ91に進んで、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期ΔＴが、図20Ａに示すEGR率GRと吸入空気量から算出される。この場合も、図19に示される例では、この炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期ΔＴは、排気ガスの再循環に要する時間（TA+TB）の１．５倍とされる。次いで、ステップ92では、排気浄化触媒13を目標温度、例えば600℃まで昇温させるのに必要な炭化水素の噴射時間WTXが、図20Ｂに示すマップから算出される。次いで、ステップ93では、ステップ91において算出された炭化水素の噴射周期ΔＴおよびステップ92において算出された炭化水素の噴射時間WTXに基づいて炭化水素の噴射制御が行われる。
【０１０２】
一方、ステップ90において、排気浄化触媒13の温度がSOx放出温度以上であると判別されたときにはステップ94に進んで排気浄化触媒13からのSOxを放出するために排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするリッチ制御が行われる。このリッチ制御では図24に示すマップから追加の燃料量WRが算出され、追加の燃料の噴射作用が行われる。更にこのとき、低圧排気ガス再循環装置LPLのEGR制御弁24が閉弁せしめられる。
【０１０３】
なお、別の実施例として排気浄化触媒13上流の機関排気通路内に炭化水素を改質させるための酸化触媒を配置することもできる。
【符号の説明】
【０１０４】
４    吸気マニホルド
５    排気マニホルド
７    排気ターボチャージャ
12ａ、12ｂ    排気管
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
HPL    高圧排気ガス再循環装置
LPL    低圧排気ガス再循環装置
【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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【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２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【国際調査報告】
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