(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(１５)と炭化水素供給弁（１５）が配置されており、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することによって排気ガス中に含まれるNOxが浄化される。炭化水素供給弁（１５）からは炭化水素が機関排気通路の上流側に向けて噴射され、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が噴射されるときには、炭化水素の噴射圧が各噴射の噴射期間中において噴射開始時から噴射終了時に向けて次第に低下せしめられる。
2014038088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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、該炭化水素供給弁から炭化水素を機関排気通路の上流側に向けて噴射させ、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を噴射するときには、炭化水素の噴射圧を各噴射の噴射期間中において噴射開始時から噴射終了時に向けて次第に低下させるようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記噴射開始時における炭化水素の噴射圧と上記噴射終了時における炭化水素の噴射圧を、後で噴射された炭化水素が先に噴射された炭化水素群に重なる噴射圧に設定した請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
排気ガスの流量が増大するほど上記噴射開始時における炭化水素の噴射圧と上記噴射終了時における炭化水素の噴射圧との差圧が大きくされる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
排気ガスの温度が高いほど上記噴射開始時における炭化水素の噴射圧と上記噴射終了時における炭化水素の噴射圧との差圧が大きくされる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
機関排気通路内にパティキュレートフィルタが配置されており、該パティキュレートフィルタを昇温すべく炭化水素供給弁から炭化水素を噴射するときには、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を噴射するときに比べて、上記噴射開始時における炭化水素の噴射圧が低くされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
上記排気浄化触媒を昇温すべく炭化水素供給弁から炭化水素を噴射するときには、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を噴射するときに比べて、上記噴射開始時における炭化水素の噴射圧が低くされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【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】
この内燃機関において、炭化水素供給弁から噴射される炭化水素の消費量を低減しつつNOxを良好に浄化するためには機関排気通路内において炭化水素供給弁から噴射された炭化水素をできる限り集めること、即ち排気ガス中における炭化水素の濃度をできる限り高くすることが好ましいと言える。しかしながら上述の内燃機関ではこの点については十分に検討がなされていない。【０００５】
本発明の目的は、NOｘを浄化するための炭化水素の消費量を低減しつつ高いNOx浄化率を得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、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、炭化水素供給弁から炭化水素を機関排気通路の上流側に向けて噴射させ、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を噴射するときには、炭化水素の噴射圧を各噴射の噴射期間中において噴射開始時から噴射終了時に向けて次第に低下させるようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
NOxを浄化するための炭化水素の消費量を低減しつつ高いNOx浄化率を得ることができる。
【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７は炭化水素噴射制御装置の全体図である。
【図８】図８は噴射圧ＰＸの変化を示す図である。
【図９】図９Ａおよび９Ｂは炭化水素供給弁から噴射された炭化水素群の挙動を説明するための図である。
【図１０】図１０Ａおよび１０Ｂ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図である。
【図１２】図１２はNOx浄化率を示す図である。
【図１３】図１３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１４】図１４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１５】図１５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１６】図１６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１７】図１７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１８】図１８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１９】図１９Ａ、１９Ｂおよび１９Ｃは噴射圧ＰＸと排気ガスの流量ＧＡ等との関係を示す図である。
【図２０】図２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃは噴射期間ＷＴ等を示す図である。
【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は噴射圧ＰＸの変化を示す図である。
【図２６】図２６は炭化水素供給弁から噴射された炭化水素群の挙動を説明するための図である。
【図２７】図２７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２８】図２８は第２のNOx浄化方法とSOx放出制御とを示す図である。
【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。
【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６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６内にはアクチュエータにより駆動されるスロットル弁10が配置され、吸気ダクト６周りには吸気ダクト６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12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の出口はパティキュレートフィルタ14に連結される。排気浄化触媒13上流の排気管12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が配置されており、本発明ではこの炭化水素供給弁15から炭化水素が排気管12内の上流側に向けて噴射される。なお、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。一方、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18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18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19を介してコモンレール20に連結され、このコモンレール20は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ21を介して燃料タンク22に連結される。燃料タンク22内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ21によってコモンレール20内に供給され、コモンレール20内に供給された燃料は各燃料供給管19を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００１２】
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23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24が取付けられている。これら温度センサ23、差圧センサ24および吸入空気検出器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10駆動用アクチュエータ、炭化水素供給弁15、EGR制御弁17および燃料ポンプ21に接続される。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
さて、上述の説明からわかるように、NOxを良好に浄化するためには、還元性中間体を生成するのに十分な高い濃度まで炭化水素の濃度を高める必要がある。この場合、炭化水素の供給量を増大すれば炭化水素の濃度を高めることができるが、炭化水素の供給量を増大するとそれに伴って炭化水素の消費量が増大してしまう。そこで本発明者は、炭化水素の消費量を抑制しつつ還元性中間体を生成するのに十分な高い濃度まで炭化水素の濃度を高めることのできる炭化水素の供給方法を見つけ出したのである。次に、この炭化水素の供給方法について図７から図９Ｂを参照しつつ説明する。
【００２９】
図７は、図１に示される炭化水素供給弁15周りの拡大図と、図解的に示した炭化水素噴射制御装置60の一例を示している。図７を参照すると、炭化水素噴射制御装置60は、炭化水素、即ち燃料で満たされた調量室61ａと、調量室61ａの容積を調整するための調整ピストン61ｂと、調整ピストン61ｂを駆動するためのアクチュエータ61ｃからなる。燃料タンク22内の燃料は加圧ポンプ62によって加圧され、加圧された燃料が調量室61ａに向けてのみ流通可能な逆止弁63を介して調量室61ａ内に少しずつ送り込まれる。調量室61ａ内の加圧燃料は一方では炭化水素供給弁15に送り込まれ、他方ではリリーフ圧を制御可能なリリーフ弁65を介して燃料タンク22内に返戻される。調量室61ａ内の燃料圧がリリーフ弁65のリリーフ圧を超えるとリリーフ弁65が開弁し、それによって調量室61ａ内の燃料圧はリリーフ弁65のリリーフ圧に維持される。
【００３０】
図８には、炭化水素供給弁15に対する噴射信号と、炭化水素供給弁15内に送り込まれた燃料の圧力、即ち炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸの変化とが示されている。炭化水素供給弁15は噴射信号が発生すると開弁して炭化水素供給弁15からの燃料噴射が開始され、噴射信号が発生している期間ＷＴ、炭化水素供給弁15からの燃料噴射が続行される。燃料噴射が開始される前の調量室61ａ内の燃料圧はリリーフ弁65のリリーフ圧となっており、従って、噴射開始時における炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸもこのリリーフ圧となっている。次いで、燃料噴射が開始されると調量室61ａ内の燃料圧が低下し、それに伴って炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸも低下する。噴射圧ＰＸの低下は炭化水素供給弁15からの燃料噴射の終了時まで継続し、燃料噴射が終了すると加圧ポンプ62からの加圧燃料の供給作用によって調量室61ａ内の燃料圧は上昇を開始する。
【００３１】
調整ピストン61ｂによって調量室61ａの容積が増大せしめられると調量室61ａ内の加圧燃料の量が増大し、調量室61ａ内の加圧燃料の量が増大すると一定量だけ噴射されたときの調量室61ａ内の燃料圧の低下量は少なくなる。従って、調量室61ａの容積が増大せしめられると、燃料噴射が行われたときの調量室61ａ内の燃料圧の低下はゆっくりとなり、従って噴射開始から噴射終了までの噴射圧ＰＸの低下速度は遅くなる。一方、調量室61ａの容積が一定の場合には、リリーフ弁65のリリーフ圧によって定まる調量室61ａ内の燃料圧が高くなるほど噴射開始時における噴射圧ＰＸは高くなる。従って、噴射開始時における噴射圧ＰＸおよび噴射開始から噴射終了までの噴射圧ＰＸの低下速度は、リリーフ圧および調量室61ａの容積を変えることによって任意に設定できることになる。
【００３２】
次に、図９Ａおよび９Ｂを参照しつつ、炭化水素の消費量を抑制しつつ炭化水素の濃度を高めることのできる炭化水素の供給方法について説明する。図９Ａは、炭化水素供給弁15からの先の噴射による炭化水素の集合領域、例えば噴射期間の初期に噴射された炭化水素の集合領域を炭化水素群Ｇとして図解的に示している。一方、図９Ｂは、噴射開始後暫くして、先の噴射による炭化水素群Ｇが排気ガスの流れに乗って炭化水素供給弁15に近づいたとき、例えば噴射期間の末期に炭化水素供給弁15から後の噴射が行われたところを示している。この場合、図９Ｂに示されるように、黒点で示される後の噴射による炭化水素が、破線で示される先の噴射による炭化水素群Ｇに重なれば炭化水素の濃度が高まり、その結果十分な量の還元性中間体を生成することができることになる。
【００３３】
このとき、後の噴射による炭化水素を先の噴射による炭化水素群Ｇに重ね合わせるためには、後の噴射による炭化水素の貫徹力を先の噴射による炭化水素の貫徹力よりも低くする必要があり、噴射された炭化水素の貫徹力を低くするには噴射圧ＰＸを低下させる必要がある。そこで本発明では、後の噴射による炭化水素を先の噴射による炭化水素群Ｇに重ね合わせるために、後の噴射時における噴射圧ＰＸを先の噴射時における噴射圧ＰＸに比べて低下させるようにしている。具体的に言うと本発明では、図８に示されているように、噴射終了時における噴射圧ＰＸを噴射開始時における噴射圧ＰＸに比べて低下させるように、炭化水素の噴射圧ＰＸを噴射期間ＷＴ中において噴射開始時から噴射終了時に向けて次第に低下させるようにしている。
【００３４】
なお、図７および８に示される例では、噴射開始時における噴射圧ＰＸはゲージ圧で０．４ＭＰa から０．５ＭＰa とされており、噴射終了時における噴射圧ＰＸはほぼ大気圧である。即ち、図７および８に示される例では、噴射開始時における噴射圧ＰＸがゲージ圧で０．４ＭＰa から０．５ＭＰa となり、噴射終了時における噴射圧ＰＸがほぼ大気圧となるように、リリーフ圧および調量室61ａの容積が調整されている。この場合、後の噴射による炭化水素が先の噴射による炭化水素群Ｇに重なり、その結果、炭化水素の消費量を抑制しつつ炭化水素の濃度を高めることができることになる。このように本発明では、噴射開始時における炭化水素の噴射圧ＰＸと噴射終了時における炭化水素の噴射圧ＰＸを、後で噴射された炭化水素が先に噴射された炭化水素群Ｇに重なる噴射圧ＰＸに設定している。
【００３５】
さて、排気浄化触媒13内に流入する排気ガス中の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、即ち前述の予め定められた範囲内の周期とされている。この場合、炭化水素濃度の振動周期、即ち炭化水素HCの供給周期をこ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10Ａ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。
【００３６】
一方、図10Ｂ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10Ｂ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。
【００３７】
図11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11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。
【００３８】
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。
【００３９】
図12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12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12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。
【００４０】
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が吸蔵されづらくなり、また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。
【００４１】
本発明では、炭化水素の消費量を抑制しつつ、この新たなNOx浄化方法を用いてNOｘを浄化しうるように、機関排気通路内に排気浄化触媒13を配置すると共に排気浄化触媒13上流の機関排気通路内に炭化水素供給弁15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、炭化水素供給弁15から炭化水素を機関排気通路の上流側に向けて噴射させ、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を噴射するときには、炭化水素の噴射圧を各噴射の噴射期間中において噴射開始時から噴射終了時に向けて次第に低下させるようにしている。
【００４２】
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。
【００４３】
次に図13から図18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。
【００４４】
図13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13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。
【００４５】
更に図13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13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。
【００４６】
別の言い方をすると図13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。
【００４７】
図13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14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。
【００４８】
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。
【００４９】
さて、酸化力が強い排気浄化触媒13を用いた場合に図14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13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。
【００５０】
一方、酸化力が弱い排気浄化触媒13を用いた場合には図14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13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。
【００５１】
即ち、要求最小空燃比Ｘは図15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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
図16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16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。
【００５５】
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17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。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。
【００５６】
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18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。
【００５７】
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18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。
【００５８】
さて、排気ガスの流量が増大すると排気ガスの流速が高くなり、排気ガスの流速が高くなったときに、後で噴射された炭化水素が先に噴射された炭化水素群Ｇに重なるようにするには、排気ガスの流速が低い場合に比べて、先に噴射された炭化水素をより上流まで送り込まなければならない。この場合、先に噴射された炭化水素をより上流まで送り込むためには、先に噴射された炭化水素の貫徹力を高めなければならず、そのためには先に噴射された炭化水素の噴射圧ＰＸを高める必要がある。そこで本発明による実施例では、図19Ａに示されるように、排気ガスの流量、即ち吸入空気の流量ＧＡが増大するにつれて噴射開始時における噴射圧ＰＸを高めるようにしている。
【００５９】
この場合、噴射終了時における噴射圧ＰＸは排気ガスの流量が増大したとしても排気ガスの流量が少ないときと同じ噴射圧ＰＸに維持される。従って、本発明による実施例では、排気ガスの流量が増大するほど噴射開始時における炭化水素の噴射圧ＰＸと噴射終了時における炭化水素の噴射圧ＰＸとの差圧が大きくされる。
【００６０】
一方、排気ガスの温度が高くなると噴射された炭化水素の蒸発量が増大する。この場合、炭化水素供給弁15から噴射される炭化水素の粒径は噴射圧ＰＸか高くなるほど小さくなり、炭化水素供給弁15から噴射される炭化水素の粒径か小さくなるほど蒸発作用による粒径の減少作用が大きくなる。即ち、排気ガスの温度が高くなったときに、噴射圧ＰＸが低い場合には炭化水素供給弁15から噴射される炭化水素の粒径はさほど小さくならない。これに対し、排気ガスの温度が高くなったときに、噴射圧ＰＸが高い場合には炭化水素供給弁15から噴射される炭化水素の粒径はかなり小さくなる。噴射された炭化水素の粒径が小さくなると、上流に向けて噴射された炭化水素の到達距離が短くなる。即ち、排気ガスの温度が高くなったときには、噴射圧ＰＸが高いほど、上流に向けて噴射された炭化水素の到達距離が短くなることになる。
【００６１】
この場合、後で噴射された炭化水素が先に噴射された炭化水素群Ｇに重なるようにするには、上流に向けて先に噴射された炭化水素の到達距離を長くする必要がある。上流に向けて先に噴射された炭化水素の到達距離を長くするためには、先に噴射された炭化水素の貫徹力を高めなければならず、そのためには先に噴射された炭化水素の噴射圧ＰＸを高める必要がある。そこで本発明による実施例では、図19Ｂに示されるように、排気ガスの温度ＧＴが高くなるにつれて噴射開始時における噴射圧ＰＸを高めるようにしている。
【００６２】
この場合、噴射終了時における噴射圧ＰＸは排気ガスの温度ＧＴが高くなったとしても排気ガスの温度が低いときと同じ噴射圧ＰＸに維持される。従って、本発明による実施例では、排気ガスの温度が高いほど噴射開始時における炭化水素の噴射圧ＰＸと噴射終了時における炭化水素の噴射圧ＰＸとの差圧が大きくされる。なお、この噴射開始時における噴射圧ＰＸは、吸入空気量ＧＡおよび排気ガスの温度ＧＴの関数として図19Ｃに示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されている。
【００６３】
一方、第１のNOx浄化方法によりNOxを良好に浄化するために必要な炭化水素の噴射量については機関の運転状態に応じた最適値が存在しており、この噴射量の最適値は予め実験により求められている。本発明による実施例では、この炭化水素の噴射量がこの最適値となりかつ後で噴射された炭化水素を先に噴射された炭化水素群Ｇに重ねることのできる噴射時間ＷＴと、調量室61ａの容積調整用アクチュエータ61ｃの駆動電圧ＶＯとが予め記憶されている。例えば、噴射時間ＷＴ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内に記憶されており、アクチュエータ61ｃの駆動電圧ＶＯは噴射時間ＷＴおよび噴射圧ＰＸ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。また、炭化水素供給弁15から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20Ｃに示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されている。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
さて、本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ14を再生するときにはパティキュレートフィルタ14の昇温制御が行われ、排気浄化触媒13から貯蔵されたSOxを放出させるときにも排気浄化触媒13の昇温制御が行われる。これらパティキュレートフィルタ14および排気浄化触媒13の昇温制御は、炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素を過剰酸素のもとでパティキュレートフィルタ14および排気浄化触媒13上で酸化反応させることにより行われる。図25は、パティキュレートフィルタ14又は排気浄化触媒13の昇温制御を行うときの炭化水素供給弁15に対する噴射信号と炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸの変化とを示しており、図26はこのときの炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射の様子を示している。
【００６９】
ところで、パティキュレートフィルタ14および排気浄化触媒13の昇温制御時において炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素を過剰酸素のもとでパティキュレートフィルタ14および排気浄化触媒13上で良好に酸化反応させるには、炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素の粒子周りに多くの酸素が存在するように噴射しなければならない。即ち、第１のNOx浄化方法によりNOxを浄化するときには前述したように炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素を互いに寄せ集めて炭化水素の濃度を高めるようにしているが、パティキュレートフィルタ14および排気浄化触媒13を昇温する際には、これとは逆に、炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素を分散させなければならない。この場合、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが低くなると噴射された炭化水素の粒子の径が大きくなり、炭化水素の周りに多くの酸素が存在するように炭化水素が分散するようになる。従って、パティキュレートフィルタ14および排気浄化触媒13の昇温制御を行うときには図25に示されるように、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、即ち炭化水素供給弁15から予め定められた周期でもって炭化水素が噴射されているときに比べて、噴射開始時における炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸを低下させるようにしている。
【００７０】
さて、本発明による実施例では、機関負荷が低いときには第２のNOx浄化方法によるNOxの浄化作用が行われ、機関負荷が高くなると第１のNOx浄化方法によるNOxの浄化作用が行われる。図27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の噴射期間ＷＴ，炭化水素供給弁15の噴射開始時の噴射圧ＰＸ、燃料噴射弁３からの追加の噴射燃料量ＷＲおよび排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inの変化を示しており、図28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の噴射期間ＷＴ，炭化水素供給弁15の噴射開始時の噴射圧ＰＸ、燃料噴射弁３からの追加の噴射燃料量ＷＲおよび排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inの変化を示している。
【００７１】
図27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および噴射周期ΔＴが短くなると共に炭化水素供給弁15の噴射開始時の噴射圧ＰＸが低くされる。なお、図27からわかるように、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、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。
【００７２】
一方、図28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、ｔ１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、ｔ２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から追加の噴射燃料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。ｔ１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27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、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および噴射周期ΔＴが短くなると共に炭化水素供給弁15の噴射開始時の噴射圧ＰＸが低くされ、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。
【００７３】
図29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70において、差圧センサ24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71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71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72に進む。
【００７４】
ステップ72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73に進んで機関の運転状態が予め定められている高負荷運転領域であるか否かが判別される。機関の運転状態が予め定められている高負荷運転領域でないときにはステップ74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。
【００７５】
即ち、ステップ74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75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76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77に進んで図24に示すマップから追加の燃料量WRが算出され、燃料噴射弁３から追加の燃料の噴射作用が行われる。次いでステップ78ではΣNOXがクリアされる。
【００７６】
これに対し、ステップ73において機関の運転状態が高負荷運転領域であると判別されたときにはステップ79に進み、図27に示される第１のNOｘ浄化方法によるNOｘ浄化作用が行われる。一方、ステップ70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を超えたと判断されたときにはステップ80に進んで、図27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る。また、ステップ72において貯蔵SOx量ΣＳＯＸが許容SOx量ＳＺを超えた判断されたときにはステップ81に進んで図28に示される排気浄化触媒13からのSOx放出制御が行われる。
【００７７】
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】
【００７８】
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
12    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
【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】
2014038088.tif 000020
【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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【手続補正書】
【提出日】平成25年9月4日(2013.9.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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、該炭化水素供給弁から炭化水素を機関排気通路の上流側に向けて噴射させ、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を噴射するときには、炭化水素の噴射圧を各噴射の噴射期間中において噴射開始時から噴射終了時に向けて次第に低下させ、各噴射の噴射開始時における炭化水素の噴射圧と噴射終了時における炭化水素の噴射圧を、後で噴射された炭化水素が先に噴射された炭化水素群に重なる噴射圧に設定した内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
排気ガスの流量が増大するほど上記噴射開始時における炭化水素の噴射圧と上記噴射終了時における炭化水素の噴射圧との差圧が大きくされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
排気ガスの温度が高いほど上記噴射開始時における炭化水素の噴射圧と上記噴射終了時における炭化水素の噴射圧との差圧が大きくされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
機関排気通路内にパティキュレートフィルタが配置されており、該パティキュレートフィルタを昇温すべく炭化水素供給弁から炭化水素を噴射するときには、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を噴射するときに比べて、上記噴射開始時における炭化水素の噴射圧が低くされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
上記排気浄化触媒を昇温すべく炭化水素供給弁から炭化水素を噴射するときには、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を噴射するときに比べて、上記噴射開始時における炭化水素の噴射圧が低くされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
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、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、炭化水素供給弁から炭化水素を機関排気通路の上流側に向けて噴射させ、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を噴射するときには、炭化水素の噴射圧を各噴射の噴射期間中において噴射開始時から噴射終了時に向けて次第に低下させ、各噴射の噴射開始時における炭化水素の噴射圧と噴射終了時における炭化水素の噴射圧を、後で噴射された炭化水素が先に噴射された炭化水素群に重なる噴射圧に設定した内燃機関の排気浄化装置が提供される。
発明の効果
［０００７］
ＮＯｘを浄化するための炭化水素の消費量を低減しつつ高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。
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７は炭化水素噴射制御装置の全体図である。
【国際調査報告】
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