(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に配置された排気浄化触媒と、排気浄化触媒上流の機関排気通路内に配置された炭化水素供給弁とを具備しており、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層が形成されており、炭化水素供給弁から予め定められた範囲内の周期でもって炭化水素を噴射することにより生成されかつ該塩基性層上に保持された還元性中間体により排気ガス中に含まれるNOX を還元する第１のNOX 浄化方法と、排気ガスの空燃比がリーンのときに排気浄化触媒に吸蔵されたNOX を排気浄化触媒から放出させて還元させるべく該予め定められた範囲よりも長い周期でもって排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる第２のNOX 浄化方法とが用いられている内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒の温度が上昇して排気浄化触媒の温度が予め定められた切替温度を越えたときに第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に切替えるNOX 浄化方法切替手段を具備しており、該NOX 浄化方法切替手段は、機関の運転状態に応じて変化する排気浄化触媒への流入排気ガス中のNOX 量に応じて該切替温度を制御し、該切替温度は、少なくとも該流入排気ガス中のNOX 量が該流入排気ガス中のNOX 量の変化範囲内において少量側の変化範囲内にあるときには、排気浄化触媒に流入する排気ガス中のNOX 量が増大すると低くされる内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
第１のNOX 浄化方法が用いられる排気浄化触媒の下限温度が定められており、上記切替温度は、該流入排気ガス中のNOX 量が該少量側の変化範囲よりも多いときには、該下限温度とされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
排気浄化触媒には、第１のNOX 浄化方法が用いられている場合において、排気浄化触媒の温度が低下したときに、NOX 浄化率の低下し始める 浄化率低下開始温度が存在しており、上記下限温度が該浄化率低下開始温度とされる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
排気浄化触媒には、第１のNOX 浄化方法が用いられている場合において、排気浄化触媒の温度が低下したときに、NOX 浄化率の低下し始める 浄化率低下開始温度が存在しており、上記下限温度は該浄化率低下開始温度よりも低い温度とされる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
第１のNOX 浄化方法が用いられているときの炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射周期は、排気浄化触媒に流入する排気ガス中のNOX 量が多くなるにつれて短くされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射周期は、排気浄化触媒に流入する排気ガス量が多いときには少ないときに比べて短くされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射周期は、排気浄化触媒に流入する排気ガス中のNOX 量が予め定められた量よりも多くかつ排気浄化触媒に流入する排気ガス量が予め定められた量よりも多いときに短くされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
車両の加速運転時には、炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射周期が短くされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に切替えられるときの排気浄化触媒の切替温度は、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度が高くなると高くされる請求項１に記載の内燃機関の排気排気浄化装置。
【請求項１０】
第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に切替えられるときの排気浄化触媒の切替温度は、ベース空燃比が高くなると高くされる請求項９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し、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層が形成されており、炭化水素供給弁から予め定められた範囲内の周期でもって炭化水素を噴射することにより生成されかつ塩基性層上に保持された還元性中間体により排気ガス中に含まれるNOX を還元する第１のNOX 浄化方法と、排気ガスの空燃比がリーンのときに排気浄化触媒に吸蔵されたNOX を排気浄化触媒から放出させて還元させるべく上述の予め定められた範囲よりも長い周期でもって排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる第２のNOX 浄化方法とが用いられている内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１/１１４５０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この内燃機関では、第１のNOX 浄化方法が用いられているときには、上述したように、塩基性層上に保持された還元性中間体により排気ガス中に含まれるNOX が還元され、この還元性中間体を生成するのに必要な量の炭化水素が炭化水素供給弁から供給される。一方、第２のNOX 浄化方法が用いられているときには、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることによって排気浄化触媒から吸蔵されているNOX が放出され還元される。ところがこのように、一旦排気浄化触媒に吸蔵されたNOX を排気浄化触媒から放出させて還元させるには多量の還元剤を必要とする。従って、第２のNOX 浄化方法において排気浄化触媒から吸蔵されたNOX を放出させて還元するために必要な還元剤の量、即ち排気ガスの空燃比をリッチにするのに必要な燃料の量は、第１のNOX 浄化方法において還元性中間体を生成するのに必要な炭化水素の量、即ち還元剤の量に比べて多くの還元剤を必要とする。即ち、NOX を浄化するために必要な還元剤の量は、第１のNOX 浄化方法を用いた場合に比べて第２のNOX 浄化方法を用いた場合の方が多くの還元剤を必要とし、従ってできる限り第１のNOX 浄化方法を用いることが好ましいことになる。
【０００５】
ところで、第１のNOX 浄化方法は、第２のNOX 浄化方法に比べて、排気浄化触媒の温度が高い側において高い浄化効率が得られ、従って排気浄化触媒の温度が高くなると第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に切替えられる。この場合、上述したように、できる限り第１のNOX 浄化方法を用いることが好ましいので、第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に切替えられるときの排気浄化触媒の温度は、できる限り低いほうが好ましいことになる。しかしながら、第１のNOX 浄化方法を用いて良好なNOX 浄化率の得られる排気浄化触媒の許容下限温度は、排気ガス中に含まれるNOX 量の影響を受け、この許容下限温度は排気ガス中に含まれるNOX 量が増大するほど低くなることが判明したのである。その理由については後で詳細に説明する。
なお、上述の公知の内燃機関では、本発明とは異なる判断基準でもって、第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に切替えるようにしている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明では、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒と、排気浄化触媒上流の機関排気通路内に配置された炭化水素供給弁とを具備しており、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層が形成されており、炭化水素供給弁から予め定められた範囲内の周期でもって炭化水素を噴射することにより生成されかつ塩基性層上に保持された還元性中間体により排気ガス中に含まれるNOX を還元する第１のNOX 浄化方法と、排気ガスの空燃比がリーンのときに排気浄化触媒に吸蔵されたNOX を排気浄化触媒から放出させて還元させるべく上述の予め定められた範囲よりも長い周期でもって排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる第２のNOX 浄化方法とが用いられている内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒の温度が上昇して排気浄化触媒の温度が予め定められた切替温度を越えたときに第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に切替えるNOX 浄化方法切替手段を具備しており、NOX 浄化方法切替手段は、機関の運転状態に応じて変化する排気浄化触媒への流入排気ガス中のNOX 量に応じて切替温度を制御し、切替温度は、少なくともこの流入排気ガス中のNOX 量が流入排気ガス中のNOX 量の変化範囲内において少量側の変化範囲内にあるときには、排気浄化触媒に流入する排気ガス中のNOX 量が増大すると低く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】
排気浄化触媒に流入する排気ガス中のNOX 量が増大したときに、第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法へ切替えるときの排気浄化触媒の切替温度を低くすることによって、還元剤の消費量を低減しつつ良好なNOX の浄化作用を確保することができる。
【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Ｒ１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Ｒ２を示す図である。
【図１０】図１０Ａおよび１０Ｂは炭化水素の噴射周期ΔＴとNOx浄化率Ｒ１との関係等を示す図である。
【図１１】図１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃは炭化水素の噴射量等を示すマップを示すである。
【図１２】図１２はNOx放出制御を示す図である。
【図１３】図１３は排出NOx量NOXAのマップを示す図である。
【図１４】図１４は燃料噴射時期を示す図である。
【図１５】図１５は追加の燃料量WRのマップを示す図である。
【図１６】図１６は切替温度ＳＴおよびＳＴ０を示す図である。
【図１７】図１７は切替温度ＳＴおよびＳＴ０の別の実施例を示す図である。
【図１８】図１８は切替温度ＳＴおよびＳＴ０の更に別の実施例を示す図である。
【図１９】図１９Ａおよび１９Ｂはベース空燃比のマップ等を示す図である。
【図２０】図２０は第１のNOx浄化方法と第２のNOx浄化方法とを示す図である。
【図２１】図２１はNOx浄化制御を行うためのフローチャートである。
【図２２】図２２はNOx浄化制御を行うための別の実施例を示すフローチャートである。
【図２３】図２３は車両の加速運転時におけるNOx量の変化等を示す図である。
【図２４】図２４は車両の加速運転時に排気浄化触媒から流出するNOx量の変化等を示すタイムチャートである。
【図２５】図２５Ａ、２５Ｂおよび２５Ｃは炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量および噴射周期を示す図である。
【図２６】図２６Ａおよび２６Ｂは車両の加速運転時における炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射周期を説明するための図である。
【図２７】図２７は、図２２の鎖線Ｆで囲まれた部分の別の実施例を示すNOx浄化制御を行うためのフローチャートである。
【図２８】図２８は、図２２の鎖線Ｆで囲まれた部分の更に別の実施例を示すNOx浄化制御を行うためのフローチャートである。
【図２９】図２９は、図２２の鎖線Ｆで囲まれた部分の更に別の実施例を示す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。本発明による実施例では、この排気浄化触媒13はNOx吸蔵触媒からなる。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、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、EGR通路16内には電子制御式EGR制御弁17が配置される。また、EGR通路16の周りにはEGR通路16内を流れるEGR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EGRガスが冷却される。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から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ23が配置されており、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が取り付けられている。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の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、図１に示される排気浄化触媒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上には白金Ptからなる貴金属触媒51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。また、排気浄化触媒13の触媒担体50上には白金Ptに加えてロジウムRh或いはパラジウムPdを担持させることができる。なお、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】
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は貴金属触媒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。
【００１５】
図４は炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射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。
【００１６】
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を周期的にリッチにしたときの排気浄化触媒13によるNOx浄化率Ｒ１を排気浄化触媒13の各触媒温度TCに対して示している。さて、長期間に亘るNOx浄化に関する研究の結果、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350℃以上の高温領域においても極めて高いNOx浄化率Ｒ１が得られることが判明している。
【００１７】
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Ｒ１を得る上で中心的役割を果していることが判明している。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。
【００１８】
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への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチにされたとき、即ち排気浄化触媒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。
【００１９】
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。
【００２０】
一方、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への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチに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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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周りには塩基性層53が形成されており、塩基性層53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。
【００２７】
炭化水素濃度の振動周期、即ち炭化水素供給弁15からの炭化水素HCの噴射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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
図９の実線は、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Ｒ２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をこのようにNOx吸蔵触媒として機能させた場合には図９において実線で示されるように触媒温度TCが250℃から300℃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350℃以上の高温になるとNOx浄化率Ｒ２が低下する。
【００３２】
このように触媒温度TCが350℃以上になるとNOx浄化率Ｒ２が低下するのは、触媒温度TCが350℃以上になるとNOxが吸蔵されづらくなり、かつ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Ｒ２を得るのは困難である。しかしながら図４から図６Ｂに示される新たなNOx浄化方法では、硝酸塩の形で吸蔵されているNOx量は小量であり、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Ｒ１が得られることになる。
【００３３】
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が担持されていると共に貴金属触媒51周りには塩基性層53が形成されており、排気浄化触媒13は、炭化水素供給弁15から予め定められた範囲内の周期でもって炭化水素を噴射すると塩基性層53上に保持された還元性中間体により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、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射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噴射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。
【００３４】
即ち、図４から図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、さほ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少量である。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。
【００３５】
さて、前述したように、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期ΔＴが長くなると炭化水素が噴射された後、次に炭化水素が噴射される間において、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、炭化水素の噴射周期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１０Ａ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Ｒ１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、炭化水素の噴射周期ΔＴは５秒以下とする必要がある。
【００３６】
一方、本発明による実施例では、炭化水素の噴射周期ΔＴがほぼ0.3秒以下になると噴射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１０Ａに示されるように炭化水素の噴射周期ΔＴがほぼ0.3秒以下になるとNOx浄化率Ｒ１が低下する。そこで本発明による実施例では、炭化水素の噴射周期が0.3秒から５秒の間とされている。
【００３７】
また、本発明による第１のNOx浄化方法においては、塩基性層53上に保持された還元性中間体により排気ガス中に含まれるNOX が還元される。従って排気ガス中に含まれるNOxの量が増大したときには、生成される還元性中間体の量を増大させる必要があり、生成される還元性中間体の量を増大させるには、炭化水素供給弁15から単時間当り供給される炭化水素量を増大させることが必要である。そのためには、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か、或いは炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期ΔＴを短くする必要がある。この場合、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射量を過度に増大させると排気浄化触媒13をすり抜ける炭化水素量が増大してしまうので炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射量を増大させるといっても限度があり、従って、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射量はそれほど大きく変化させることができない。従って、本発明による実施例では、図１０Ｂに示されるように、排気ガス中に含まれるNOxの量（ｍｇ/ｓ）が増大するほど、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期ΔＴを短くし、それによって炭化水素供給弁15から単時間当り供給される炭化水素量を増大させるようにしている。
【００３８】
本発明による実施例では、第１のNOx浄化方法による良好なNOx浄化作用を確保するのに最適な炭化水素供給弁15からの炭化水素噴射量および噴射周期は予め求められている。この場合、本発明による実施例では、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用を行う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１１Ａ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１１Ｂに示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されている。
【００３９】
図１１Ｃに図１１Ｂのマップに記憶されている噴射周期ΔＴの値を図解的に示す。なお、図１１Ｃの各曲線は等噴射周期線を表しており、図１１Ｃにおいて噴射周期ΔＴはΔＴ１、ΔＴ２、・・・ΔＴｎの順で短くなる。ところで、排気ガス中に含まれるNOxの量（ｍｇ/ｓ）は燃料噴射弁３からの噴射量Ｑが増大するほど、即ち機関負荷が増大するほど増大し、機関回転数Ｎが高くなるほど増大する。従って、図１１Ｃからわかるように、噴射周期ΔＴは燃料噴射弁３からの噴射量Ｑが増大するほど短くされ、機関回転数Ｎが高くなるほど短くされる。
【００４０】
次に図１２から図１５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。
この第２のNOx浄化方法では図１２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。
【００４１】
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１３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。
【００４２】
この第２のNOx浄化方法では図１４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１４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１５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。
【００４３】
さて、図５に示す第１のNOx浄化方法によるNOx浄化率Ｒ１と図９に示す第２のNOx浄化方法によるNOx浄化率Ｒ２とを比較するとわかるように、触媒温度TCが比較的低いときには第２のNOx浄化方法によるNOx浄化率Ｒ２の方が高くなり、触媒温度TCが高くなると第１のNOx浄化方法によるNOx浄化率Ｒ１の方が高くなる。従って、本発明による実施例では、概略的に言うと、触媒温度TCが低いときには第２のNOx浄化方法が用いられ、触媒温度TCが高いときには第１のNOx浄化方法が用いられる。
【００４４】
ところで、前述したように、第１のNOX 浄化方法が用いられているときには、塩基性層53上に保持された還元性中間体により排気ガス中に含まれるNOX が還元され、この還元性中間体を生成するのに必要な量の炭化水素が炭化水素供給弁15から供給される。一方、第２のNOX 浄化方法が用いられているときには、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることによって排気浄化触媒13から吸蔵されているNOX が放出され還元される。ところがこのように、一旦排気浄化触媒13に吸蔵されたNOX を排気浄化触媒13から放出させて還元させるには多量の還元剤を必要とする。
【００４５】
従って、第２のNOX 浄化方法において排気浄化触媒13から吸蔵されたNOX を放出させて還元するために必要な還元剤の量、即ち排気ガスの空燃比をリッチにするのに必要な燃料の量は、第１のNOX 浄化方法において還元性中間体を生成するのに必要な炭化水素の量、即ち還元剤の量に比べて多くの還元剤を必要とする。即ち、NOX を浄化するために必要な還元剤の量は、第１のNOX 浄化方法を用いた場合に比べて第２のNOX 浄化方法を用いた場合の方が多くの還元剤を必要とし、従ってできる限り第１のNOX 浄化方法を用いることが好ましいことになる。
【００４６】
ところで、上述したように、本発明による実施例では、触媒温度TCが低いときには第２のNOx浄化方法が用いられ、触媒温度TCが高いときには第１のNOx浄化方法が用いられる。従って本発明による実施例では、触媒温度TCが高くなると第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に切替えられることになる。この場合、上述したように、できる限り第１のNOX 浄化方法を用いることが好ましいので、第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に切替えられるときの触媒温度TCは、できる限り低いほうが好ましいことになる。しかしながら、第１のNOX 浄化方法を用いて良好なNOX 浄化率の得られる許容下限温度は、排気ガス中に含まれるNOX 量の影響を受け、この許容下限温度は排気ガス中に含まれるNOX 量が増大するほど低くなることが判明している。次に、この排気浄化触媒13の許容下限温度について図１６を参照しつつ説明する。
【００４７】
図１６において、実線ＳＴは排気浄化触媒13の許容下限温度を示している。なお、図１６において、縦軸は排気浄化触媒13の温度TCを示しており、横軸は排気ガス中に含まれる単位時間当りのNOxの量（ｍｇ/ｓ）を示している。即ち、前述したように、第１のNOx浄化方法においては、塩基性層53上に保持された還元性中間体により排気ガス中に含まれるNOX が還元される。従って排気ガス中に含まれるNOxの量が増大したときには、生成される還元性中間体の量を増大させる必要があり、生成される還元性中間体の量を増大させるには、炭化水素供給弁15から単時間当り供給される炭化水素量を増大させる必要がある。従って、本発明による実施例では、図１０Ｂに示されるように、排気ガス中に含まれるNOxの量（ｍｇ/ｓ）が増大するほど、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期ΔＴが短くされる。言い換えると、排気ガス中に含まれるNOxの量が減少するほど、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期ΔＴが長くされる。
【００４８】
ところが、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期ΔＴが長くされると、図１０Ａを参照しつつ説明したように、NOx が塩基性層53内に吸蔵される危険性が生じてくる。一方、前述したように、触媒温度TCが高くなると塩基性層53内にNOxが吸蔵されづらくなる。従って、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期ΔＴが長くされたときに触媒温度TCが高いと、NOx が塩基性層53内に吸蔵される危険性がなくなる。即ち、排気ガス中に含まれるNOxの量が減少して炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期ΔＴが長くされたときに、触媒温度TCが高ければNOx が塩基性層53内に吸蔵される危険性がなくなる。従って、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用を行うために炭化水素供給弁15からの炭化水素を噴射しても、NOx が塩基性層53内に吸蔵される危険性のない排気浄化触媒13の許容下限温度ＳＴ，即ち良好なNOx浄化率の得られる排気浄化触媒13の許容下限温度ＳＴは、図１６に示されるように、排気ガス中に含まれるNOxの量（ｍｇ/ｓ）が少なくなるほど高くなる。
【００４９】
この場合、第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に切替えられるときの触媒温度TCを、この排気浄化触媒13の許容下限温度ＳＴとすれば、最も高い頻度で第１のNOx浄化方法を用いることができることになる。従って、本発明による実施例では、この排気浄化触媒13の許容下限温度ＳＴを、第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法への切替温度としている。従って、本発明による実施例では、第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法への切替温度ＳＴは、図１６に示されるように、排気浄化触媒13に流入する排気ガス中のNOX 量が増大すると低くされる。
【００５０】
一方、排気浄化触媒13には、排気浄化触媒13に流入する排気ガス中のNOX 量とは関係なく、還元性中間体の生成能力が低下するためにNOX 浄化率が低下する触媒固有の下限温度が存在しており、排気浄化触13の温度TCがこの触媒固有の下限温度以下になった場合には、第１のNOX 浄化方法を使用を避けた方が好ましいと言える。この第１のNOX 浄化方法に対して存在する触媒固有の下限温度、言い換えると第１のNOX 浄化方法が用いられる排気浄化触媒13の下限温度が図１６において、ＳＴ０で示されており、この触媒固有の下限温度ＳＴ０は排気浄化触媒13に応じて定まる一定温度となる。図５に示されるように、  排気浄化触媒13には、第１のNOX 浄化方法が用いられている場合において、排気浄化触媒13の温度ＴＣが低下したときに、NOX 浄化率の低下し始める 浄化率低下開始温度ＴＣ１が存在しており、図１６に示される実施例では、触媒固有の下限温度ＳＴ０としてこの浄化率低下開始温度ＴＣ１が用いられている。図１６に示されるように、この実施例では、排気浄化触媒13への流入排気ガス中のNOX 量が増大すると、NOX 量ＳＮにおいて、許容下限温度ＳＴ、即ち切替温度ＳＴが触媒固有の下限温度ＳＴ０に一致する。
【００５１】
ところで、排気浄化触媒13に流入する排気ガス中のNOX 量は機関の運転状態に応じて変化し、図１６に示される実施例では、排気浄化触媒13への流入排気ガス中のNOX 量は機関の運転状態に応じて図１６の横軸に示される範囲において変化する。従って、図１６に示される実施例では、排気浄化触媒13への流入排気ガス中のNOX 量が増大したときに、第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法への切替温度ＳＴが低下する範囲は、機関の運転状態に応じ変化する排気浄化触媒13への流入排気ガス中のNOX 量の変化範囲内において少量側の変化範囲内となる。即ち、図１６に示される実施例では、切替温度ＳＴは、排気浄化触媒13に流入する排気ガス中のNOX 量が許容下限温度ＳＴと触媒固有の下限温度ＳＴ０との境界に当たるNOX 量ＳＮよりも少ないときには、即ち排気浄化触媒13への流入排気ガス中のNOX 量が排気浄化触媒13への流入排気ガス中のNOX 量の変化範囲内において少量側の変化範囲内にあるときには、排気浄化触媒13に流入する排気ガス中のNOX 量が増大すると低くされることになる。
【００５２】
なお、図１６に示される実施例では、触媒固有の下限温度ＳＴ０も第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に切替えるときの切替温度ＳＴを表している。従って、図１６に示される実施例では、切替温度ＳＴは、排気浄化触媒13への流入排気ガス中のNOX 量が排気浄化触媒13への流入排気ガス中のNOX 量の変化範囲内において少量側の変化範囲内にあるときには、排気浄化触媒13に流入する排気ガス中のNOX 量が増大すると低下し、排気浄化触媒13への流入排気ガス中のNOX 量が許容下限温度ＳＴと触媒固有の下限温度ＳＴ０との境界に当たるNOX 量ＳＮよりも多くなると、即ち上述の少量側の変化範囲よりも多くなると触媒固有の下限温度ＳＴ０に維持されることになる。
【００５３】
ところで、機関回転数が高くなって排気ガス量が増大すると、排気ガス中に含まれるNOX 量が増大する。一方、排気ガス量が増大すると、排気浄化触媒13内を流れる排気ガスの流速が速くなり、NOX が排気浄化触媒13に吸蔵されづらくなる。従って、このとき、第２のNOX 浄化方法を用いると多量のNOX が排気浄化触媒13をすり抜けることになり、従って、NOX 浄化率が低下することになる。一方、このとき、第１のNOX 浄化方法を用いたほうが高いNOX 浄化率を得られる場合もある。このような場合は、図１６において、NOX 量が多い下限温度ＳＴ０よりも温度の低い状態のときに生じ、従って、NOX 浄化率が低下したとしても、下限温度ＳＴ０を引き下げたほうが好ましい場合もある。そこで、図１７に示される実施例では、下限温度ＳＴ０として、図１６に示される浄化率低下開始温度ＴＣ１よりも低い温度ＴＣ２が用いられている。この温度ＴＣ２は図５に示されるように、NOX 浄化率Ｒ１が５０パーセント以下となる触媒温度ＴＣである。従って、図１７に示される実施例では、NOX 量が多いときには、図１６に示される実施例に比べて、触媒温度ＴＣが低いときでも、第１のNOX 浄化方法が用いられることになる。
【００５４】
図１７に示される実施例においても、下限温度ＳＴ０は、第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に切替えるときの切替温度ＳＴを表している。従って、図１７に示される実施例でも、切替温度ＳＴは、排気浄化触媒13への流入排気ガス中のNOX 量が排気浄化触媒13への流入排気ガス中のNOX 量の変化範囲内において少量側の変化範囲内にあるときには、排気浄化触媒13に流入する排気ガス中のNOX 量が増大すると低下し、排気浄化触媒13への流入排気ガス中のNOX 量が許容下限温度ＳＴと触媒固有の下限温度ＳＴ０との境界に当たるNOX 量ＳＮよりも多くなると、即ち上述の少量側の変化範囲よりも多くなると触媒固有の下限温度ＳＴ０に維持されることになる。
【００５５】
なお、排気浄化触媒13によっては、切替温度ＳＴは、排気浄化触媒13への流入排気ガス中のNOX 量の全変化範囲内に亘って、排気浄化触媒13に流入する排気ガス中のNOX 量が増大すると低くされる場合もある。このような場合も含めると、本発明では、切替温度ＳＴは、少なくとも排気浄化触媒13への流入排気ガス中のNOX 量が排気浄化触媒13への流入排気ガス中のNOX 量の変化範囲内において少量側の変化範囲内にあるときには、排気浄化触媒13に流入する排気ガス中のNOX 量が増大すると低くされることになる。
【００５６】
これまで述べたように、本発明による実施例では、触媒温度TCが切替温度ＳＴおよびＳＴ０よりも低いときには第２のNOX 浄化方法が用いられ、触媒温度TCが切替温度ＳＴおよびＳＴ０よりも高いときには第１のNOX 浄化方法が用いられる。この場合、切替温度ＳＴおよびＳＴ０と排気浄化触媒13に流入する排気ガス中のNOX 量との関係は、予めROM32内に記憶されている。また、本発明による実施例では、排気浄化触媒13の温度が上昇して排気浄化触媒13の温度が予め定められた切替温度ＳＴを越えたときに第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に切替えるNOX 浄化方法切替手段を具備しており、このNOX 浄化方法切替手段は、機関の運転状態に応じて変化する排気浄化触媒13への流入排気ガス中のNOX 量に応じて切替温度ＳＴを制御している。この場合、本発明による実施例では、電子制御ユニット30がNOX 浄化方法切替手段を構成している。
【００５７】
一方、第１のNOX 浄化方法が用いられているときに、排気浄化触媒13に流入する排気ガス中の酸素濃度が高くなるとNO２の酸化作用が促進されるために、NOx が塩基性層53内に吸蔵され易くなる。一方、前述したように、触媒温度TCが高くなると塩基性層53内にNOxが吸蔵されづらくなる。従って、排気浄化触媒13に流入する排気ガス中の酸素濃度が高くなったときに触媒温度TCが高いと塩基性層53内にNOxが吸蔵される危険性がなくなる。そこで本発明による別の実施例では、図１８に示されるように、第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に切替えられるときの排気浄化触媒13の切替温度ＳＴは、排気浄化触媒13に流入する排気ガス中の酸素濃度が高くなるとＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３で示されるように次第に高くされる。
【００５８】
なお、排気浄化触媒13に流入する排気ガス中の酸素濃度はベース空燃比AFBに比例しており、このベース空燃比AFB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１９Ａに示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されている。本発明による実施例では、図１９Ｂに示されるような切替温度ＳＴの上昇量ΔＳＴとベース空燃比AFBとの関係が予め定められており、この関係から切替温度ＳＴの上昇量ΔＳＴが算出される。図１９Ｂからわかるように、ベース空燃比AFBが高くなると切替温度ＳＴの上昇量ΔＳＴが増大し、従って第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に切替えられるときの排気浄化触媒の切替温度ＳＴは、ベース空燃比AFBが高くなると高くされることがわかる。
【００５９】
図２０には、第２のNOｘ浄化方法によるNOｘ浄化作用から第１のNOｘ浄化方法によるNOｘ浄化作用に切替えられるときの、追加の燃料ＷＲの噴射時期と、炭化水素ＷＴの噴射タイミングと、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inの変化と、排気浄化触媒13に吸蔵される吸蔵NOｘ量ΣNOXとが示されている。排気浄化触媒13にNOｘが吸蔵されている状態で、第２のNOｘ浄化方法によるNOｘ浄化作用から第１のNOｘ浄化方法によるNOｘ浄化作用に切替えられると、第１のNOｘ浄化方法によるNOｘ浄化作用が開始されたときに、排気浄化触媒13に吸蔵されているNOｘが還元されることなく放出される。そこで本発明による実施例では、第２のNOｘ浄化方法によるNOｘ浄化作用から第１のNOｘ浄化方法によるNOｘ浄化作用に切替えられるときに排気浄化触媒13にNOｘが吸蔵されているときには、吸蔵されているNOｘを放出させ還元させるために、図２０に示されるように追加の燃料ＷＲが供給され、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inが一時的にリッチにされる。
【００６０】
図２１は、図１６又は図１７において実線で示す切替温度ＳＴおよびＳＴ０において第１のNOｘ浄化方法と第２のNOｘ浄化方法とを切替えるようにした場合のNOｘ浄化制御ルーチンを示している。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２１を参照すると、まず初めにステップ60において、図１３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61では、この単位時間当りの排出NOｘ量NOXAに基づいて図１６又は図１７に示す関係から切替温度ＳＴおよびＳＴ０が算出される。次いでステップ62に進み、温度センサ23の検出信号に基づき算出された排気浄化触媒13の触媒温度TCが切替温度ＳＴおよびＳＴ０よりも低いか否かが判別される。触媒温度TCが切替温度ＳＴおよびＳＴ０よりも低いと判別されたときにはステップ63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。
【００６１】
即ち、ステップ63ではΣNOXに単位時間当りの排出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64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65に進んで図１５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からの追加の燃料の噴射作用が行われる。このとき、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リッチにされる。次いでステップ66ではΣNOXがクリアされる。
【００６２】
一方、ステップ62において、触媒温度TCが切替温度ＳＴおよびＳＴ０よりも高くなったと判別されたときには、ステップ67に進んで、今、触媒温度TCが切替温度ＳＴおよびＳＴ０よりも高くなったが否かが判別される。ステップ67において、今、触媒温度TCが切替温度ＳＴおよびＳＴ０よりも高くなったと判別されたときにはステップ68に進んで、吸蔵NOｘ量ΣNOXが一定値MINよりも小さいか否かが判別される。なお、この一定値MINは許容値MAXよりもかなり小さな値とされている。ステップ68において吸蔵NOｘ量ΣNOXが一定値MINよりも大きいと判断されたときにはステップ69に進む。
【００６３】
ステップ69では、吸蔵されているNOxを放出させ還元させるために、燃料噴射弁３から吸蔵NOｘ量ΣNOXに応じた追加の燃料ＷＲが供給され、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リッチにされる。次いで、ステップ70ではΣNOXがクリアされる。一方、ステップ67において、今、触媒温度TCが切替温度ＳＴおよびＳＴ０よりも高くなったのではないと判別されたときには、又はステップ68において吸蔵NOｘ量ΣNOXが一定値MINよりも小さいと判別されたときにはステップ71に進んで、第１のNOｘ浄化方法によるNOｘ浄化作用が行われる。このとき、炭化水素供給弁15からは、図１１Ａに示すマップから算出された量WTの炭化水素が図１１Ｂに示すマップから算出された噴射周期ΔＴでもって噴射される。
【００６４】
図２２は、図１８において破線で示すようにベース空燃比AFBに応じて切替温度ＳＴおよびＳＴ０を修正するようにした場合のNOｘ浄化制御ルーチンを示している。このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。
【００６５】
図２２を参照すると、まず初めにステップ80において、図１３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81では図１９Ａに示すマップからベース空燃比AFBが算出される。次いでステップ82では図１９Ｂに示す関係からベース空燃比AFBに応じた切替温度ＳＴの上昇量ΔＳＴが算出される。次いで、ステップ83では、単位時間当りの排出NOｘ量NOXAに基づいて図１８に示す関係から算出された切替温度ＳＴおよびＳＴ０に上昇量ΔＳＴを加算することによって最終的な切替温度ＳＴおよびＳＴ０が算出される。次いでステップ84に進み、温度センサ23の検出信号に基づき算出された排気浄化触媒13の触媒温度TCが切替温度ＳＴおよびＳＴ０よりも低いか否かが判別される。触媒温度TCが切替温度ＳＴおよびＳＴ０よりも低いと判別されたときにはステップ85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。
【００６６】
即ち、ステップ85ではΣNOXに単位時間当りの排出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86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87に進んで図１５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からの追加の燃料の噴射作用が行われる。このとき、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リッチにされる。次いでステップ88ではΣNOXがクリアされる。
【００６７】
一方、ステップ84において、触媒温度TCが切替温度ＳＴおよびＳＴ０よりも高くなったと判別されたときには、ステップ89に進んで、今、触媒温度TCが切替温度ＳＴおよびＳＴ０よりも高くなったが否かが判別される。ステップ89において、今、触媒温度TCが切替温度ＳＴおよびＳＴ０よりも高くなったと判別されたときにはステップ90に進んで、吸蔵NOｘ量ΣNOXが一定値MINよりも小さいか否かが判別される。ステップ90において吸蔵NOｘ量ΣNOXが一定値MINよりも大きいと判断されたときにはステップ91に進む。
【００６８】
ステップ91では、吸蔵されているNOxを放出させ還元させるために、燃料噴射弁３から吸蔵NOｘ量ΣNOXに応じた追加の燃料ＷＲが供給され、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リッチにされる。次いで、ステップ92ではΣNOXがクリアされる。一方、ステップ89において、今、触媒温度TCが切替温度ＳＴおよびＳＴ０よりも高くなったのではないと判別されたときには、又はステップ90において吸蔵NOｘ量ΣNOXが一定値MINよりも小さいと判別されたときにはステップ93に進んで、第１のNOｘ浄化方法によるNOｘ浄化作用が行われる。このとき、炭化水素供給弁15からは、図１１Ａに示すマップから算出された量WTの炭化水素が図１１Ｂに示すマップから算出された噴射周期ΔＴでもって噴射される。
【００６９】
次に、加速運転が行われたときのNOX 浄化制御について図２３を参照しつつ説明する。この図２３には、図１７に示される切替温度ＳＴおよびＳＴ０と同じ切替温度ＳＴおよびＳＴ０が示されている。なお、以下、図２３において、Ｃ点で示される運転状態のときに、加速運転が行われた場合を例にとって説明する。加速運転が行われて機関回転数が急激に増大せしめられると、排気ガス量が急激に増大し、排気ガス中に含まれるNOX 量が急激に増大する。従って、加速運転が行われると図２３のＤ点で示されるように、通常、第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に直ちに切り替わる。図２４には、加速運転が行われたときの排気ガス流量ＧＷ（ｇ/ｓ）の変化と、排気浄化触媒13に流入する流入NOX 量ＮＷ（ｇ/ｓ）の変化と、排気浄化触媒13から流出する流出NOX 量ＭＷ（ｇ/ｓ）の変化とが示されている。
【００７０】
図２４に示されるように、加速運転が行われると、排気ガス流量ＧＷが急激に増大し、流入NOX 量ＮＷが急激に増大し、流入NOX 量ＮＷの増大に伴って流出NOX 量ＭＷが増大する。なお、加速運転の途中で排気ガス流量ＧＷ、流入NOX 量ＮＷおよび流出NOX 量ＭＷが一時的に減少するのは変速比の切り替えにより一時的に機関回転数が低下せしめられるからである。さて、図２４の流出NOX 量ＭＷにおける一点鎖線Ａは、図１１Ｂのマップに記憶されている定常運転時の噴射周期ΔＴでもって炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射した場合の流出NOX 量ＭＷの変化を示している。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が図２５Ａに示されている。図２４から、加速運転が行われたときに、図１１Ｂのマップに記憶されている定常運転時の噴射周期ΔＴでもって炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射した場合には、流出NOX 量ＭＷがかなり多いことがわかる。
【００７１】
即ち、加速運転時には排気ガス流量ＧＷが多く、このとき図１１Ｂのマップに記憶されている定常運転時の噴射周期ΔＴでもって炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射しても、このとき排気ガス中に含まれる多量のNOX を還元するには炭化水素量が十分ではない。従って、このときには、かなりの量のNOX が排気浄化触媒13をすり抜けることになり、従って図２４において一点鎖線Ａで示されるように流出NOX 量ＭＷはかなり多くなる。この場合、流出NOX 量ＭＷを減少させるためには、炭化水素供給弁15からの単位時間当たりの噴射量を増大させる必要がある。図２４の流出NOX 量ＭＷにおける破線Ｂは、図２５Ｂに示されるように、炭化水素の噴射量を増大させることによって炭化水素供給弁15からの単位時間当たりの噴射量を増大させた場合を示している。図２４からわかるように、この場合には、流出NOX 量ＭＷは、図１１Ｂのマップに記憶されている定常運転時の噴射周期ΔＴでもって炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射した場合の流出NOX 量ＭＷとさほど変わらない。これは、炭化水素の噴射量を増大させても排気浄化触媒13をすり抜ける炭化水素量が増大するだけであって、還元性中間体の生成量の増大には寄与していないからだと考えられる。
【００７２】
一方、図２４の流出NOX 量ＭＷにおける実線Ｃは、図２５Ｃに示されるように、炭化水素の噴射周期ΔＴをΔＴＡに短くすることによって炭化水素供給弁15からの単位時間当たりの噴射量を増大させた場合を示している。この場合には、図２４から明らかなように、流出NOX 量ＭＷはかなり減少する。即ち、排気ガス流量ＧＷが多く、従って排気浄化触媒13内を流れる排気ガスの流速が速いときには、排気ガスの流速が遅いときに比べて、十分な反応時間が確保できなくなり、従って還元性中間体の生成量が減少する。還元性中間体の生成量が減少すると、還元性中間体は生成後、短時間のうちにNOX を還元して消滅することになる。このとき炭化水素の噴射周期を短くすれば排気浄化触媒13上に還元性中間体を存在させ続けることができ、従って排気ガス中に含まれるNOX を十分に還元できるようになる。従って、図２５Ｃに示されるように、排気ガスの流速が速いときには、炭化水素の噴射周期ΔＴを短くすると、図２４において実線Ｃで示されるように、流出NOX 量ＭＷが減少することになる。そこで、本発明による実施例では、排気ガスの流速が速いときには、炭化水素の噴射周期ΔＴを短くするようにしている。
【００７３】
さて、加速運転が行われて排気ガスの流速が速いときに、炭化水素の噴射周期ΔＴを短くする方法としては、加速運転が行われたときには通常通る運転領域における炭化水素の噴射周期ΔＴを短く設定しておくか、又は、加速運転が行われたとき、或いは排気ガスの流速が速いときに炭化水素の噴射周期ΔＴを短くするかの二つの方法がある。図２６Ａおよび図２６Ｂは前者の方法、即ち加速運転が行われたときには通常通る運転領域における炭化水素の噴射周期ΔＴを短く設定しておく方法を示している。なお、図２６Ａは図１１Ａと同じ等噴射周期線を示しており、図２６Ｂは図１１Ａに示されるマップと同じ噴射周期ΔＴのマップを示している。
【００７４】
図２６Ａを参照すると、図２６Ａには加速運転時における燃料噴射弁３からの噴射量Ｑと機関回転数Ｎとの代表的な変化の仕方が矢印で描かれている。即ち、Ｃ点の運転状態であるときに加速運転が行われたとすると、燃料噴射弁３からの噴射量Ｑが急激に増大されて機関回転数Ｎが急激に上昇するためにＤ点で示される運転状態となる。次いで、定常運転状態に戻ると燃料噴射弁３からの噴射量Ｑは減少せしめられ、機関回転数Ｎは低下するので、Ｅ点で示される運転状態となる。この場合、図２６Ａに示される例では、Ｄ点が、加速運転が行われたときに通常通る運転状態であり、図２６ＡにおいてハッチングＨで示される高負荷中高回転領域が、加速運転が行われたときに通常通る運転領域である。
【００７５】
この実施例では、この高負荷中高回転領域Ｈにおける炭化水素の噴射周期ΔＴがこの高負荷中高回転領域Ｈ以外の等噴射周期線における噴射周期ΔＴよりも短く設定されており、この高負荷中高回転領域Ｈに対応するマップの領域Ｈにおける噴射周期ΔＴがこの短く設定された噴射周期ΔＴとなっている。この実施例では、加速運転が行われたときには通常通る高負荷中高回転領域Ｈにおける噴射周期ΔＴが短くされているので、加速運転が行われたときには噴射周期ΔＴが短くされことになり、従って加速運転が行われたときに良好なNOX浄化率を確保できることになる。  
【００７６】
次に、加速運転が行われたとき、或いは排気ガスの流速が速いときに炭化水素の噴射周期ΔＴを短くする方法について説明する。図２４からわかるように、炭化水素の噴射周期ΔＴを短くすることによって流出NOX 量ＭＷが減少するのは、排気ガス流量ＧＷが多く、排気ガスの流速が速いときである。従って、第１の例では、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期ΔＴを、排気浄化触媒13に流入する排気ガス量が多いときには少ないときに比べて短くするようにしている。具体的に言うと、この第１の例では、流出NOX 量ＭＷが予め定められた排気ガス流量ＧＸを越えたときに、炭化水素の噴射周期ΔＴが短くされる。
【００７７】
この第１の例を実行するためのNOX浄化制御ルーチンとしては、図２２において鎖線Ｆで囲まれた部分を変更したルーチンが用いられ、図２７には、図２２において第１の例を実行するために変更された部分のみが示されている。
図２７において、鎖線Ｆで囲まれた部分について説明すると、まず初めに、ステップ100において、排気ガス流量ＧＷが予め定められた排気ガス流量ＧＸを越えたか否かが判別される。排気ガス流量ＧＷが予め定められた排気ガス流量ＧＸを越えていないときにはステップ80に進んで、図１３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。次いで図22のステップ81に進む。これに対し、ステップ100において、排気ガス流量ＧＷが予め定められた排気ガス流量ＧＸを越えたと判別されたときには、ステップ101に進んで、図１１Ａに示すマップから定常運転時における炭化水素供給弁15からの炭化水素噴射量ＷＴが算出される。次いでステップ102では炭化水素の噴射周期ΔＴが図２５Ｃに示されるような予め定められた短い噴射周期ΔＴＡとされる。このとき、炭化水素供給弁15からはステップ101において算出された炭化水素噴射量ＷＴの炭化水素が噴射周期ΔＴＡでもって噴射される。
【００７８】
次に、加速運転が行われたとき、或いは排気ガスの流速が速いときに炭化水素の噴射周期ΔＴを短くする方法を実行するための第２の例について説明する。図２４からわかるように、炭化水素の噴射周期ΔＴを短くすることによって流出NOX 量ＭＷが減少するのは、排気ガス流量ＧＷが多く、排気ガスの流速が速いときであり、しかもこのとき流出NOX 量ＭＷを効果的に減少し得るのは流入NOX 量ＮＷが多いときである。従って、この第２の例では、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期ΔＴを、排気浄化触媒13に流入する排気ガス中のNOX 量が多くかつ排気浄化触媒13に流入する排気ガス量が多いときに短くするようにしている。具体的に言うと、この第２の例では、流入NOX 量ＮＷが予め定められた流入NOX 量ＮＸを越えかつ排気ガス流量ＧＷが予め定められた排気ガス流量ＧＸを越えたときに、炭化水素の噴射周期ΔＴが短くされる。
【００７９】
この第２の例を実行するためのNOX浄化制御ルーチンとしても、図２２において鎖線Ｆで囲まれた部分を変更したルーチンが用いられ、図２８には、図２２において第２の例を実行するために変更された部分のみが示されている。
図２８において、鎖線Ｆで囲まれた部分について説明すると、まず初めに、ステップ100において、流入NOX 量ＮＷが予め定められた流入NOX 量ＮＸを越えたか否かが判別される。流入NOX 量ＮＷが予め定められた流入NOX 量ＮＸを越えていないときにはステップ80に進んで、図１３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。次いで図22のステップ81に進む。これに対し、ステップ100において、流入NOX 量ＮＷが予め定められた流入NOX 量ＮＸを越えたと判別されたときにはステップ101に進んで、排気ガス流量ＧＷが予め定められた排気ガス流量ＧＸを越えたか否かが判別される。
【００８０】
ステップ101において、排気ガス流量ＧＷが予め定められた排気ガス流量ＧＸを越えていないと判別されたときにはステップ80に進み、次いで図22のステップ81に進む。これに対し、ステップ101において、排気ガス流量ＧＷが予め定められた排気ガス流量ＧＸを越えたと判別されたときには、ステップ102に進んで、図１１Ａに示すマップから定常運転時における炭化水素供給弁15からの炭化水素噴射量ＷＴが算出される。次いでステップ103では炭化水素の噴射周期ΔＴが図２５Ｃに示されるような予め定められた短い噴射周期ΔＴＡとされる。このとき、炭化水素供給弁15からはステップ102において算出された炭化水素噴射量ＷＴの炭化水素が噴射周期ΔＴＡでもって噴射される。
【００８１】
次に、加速運転が行われたとき、或いは排気ガスの流速が速いときに炭化水素の噴射周期ΔＴを短くする方法を実行するための第３の例について説明する。この第３の例では、車両の加速運転時に、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期ΔＴが短くされる。なお、この第３の例では、例えば、アクセルペダル40の踏込み量の変化速度から加速運転が行われているか否かが判別され、アクセルペダル40の踏込み量の変化速度が予め定められた変化速度よりも大きいときに加速運転が行われていると判別される。
【００８２】
この第３の例を実行するためのNOX浄化制御ルーチンとしても、図２２において鎖線Ｆで囲まれた部分を変更したルーチンが用いられ、図２９には、図２２において第３の例を実行するために変更された部分のみが示されている。
図２９において、鎖線Ｆで囲まれた部分について説明すると、まず初めに、ステップ100において、加速運転が行われているか否かが判別される。加速運転が行われていないときにはステップ80に進んで、図１３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。次いで図22のステップ81に進む。これに対し、ステップ100において、加速運転が行われていると判別されたときには、ステップ101に進んで、図１１Ａに示すマップから定常運転時における炭化水素供給弁15からの炭化水素噴射量ＷＴが算出される。次いでステップ102では炭化水素の噴射周期ΔＴが図２５Ｃに示されるような予め定められた短い噴射周期ΔＴＡとされる。このとき、炭化水素供給弁15からはステップ101において算出された炭化水素噴射量ＷＴの炭化水素が噴射周期ΔＴＡでもって噴射される。
【００８３】
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】
【００８４】
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】
0005991285.tif 000003
【図３】
0005991285.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005991285.tif 000008
【図８】
0005991285.tif 000009
【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】
0005991285.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
0005991285.tif 000020
【図２０】
0005991285.tif 000021
【図２１】
0005991285.tif 000022
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
0005991285.tif 000026
【図２６】
0005991285.tif 000027
【図２７】
0005991285.tif 000028
【図２８】
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【図２９】
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