(57)【要約】内燃機関において、機関排気通路内に上流から順に、上流側空燃比センサ（２３）、炭化水素供給弁（１５）、排気浄化触媒（１３）および下流側空燃比センサ（２４）が配置される。機関運転時には、上流側空燃比センサ（２３）および下流側空燃比センサ（２４）により検出された空燃比に基づいて排気浄化触媒（１３）に流入する炭化水素の濃度変化の振幅が予め定められた範囲内の振幅となるように炭化水素供給弁（１５）からの炭化水素の噴射量が制御される。
2013008342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素を供給するための炭化水素供給弁を機関排気通路内に配置し、炭化水素供給弁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を配置し、該排気浄化触媒下流の機関排気通路内に排気ガスの空燃比を検出するための下流側空燃比センサを配置し、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、機関運転時に排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度が予め定められた範囲内の周期でもって振動するように炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射周期が制御されると共に、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度変化の振幅が予め定められた範囲内の振幅となるように該下流側空燃比センサの出力信号に基づいて炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量が制御される内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
該炭化水素供給弁上流の機関排気通路内に排気ガスの空燃比を検出するための上流側空燃比センサを配置し、該上流側空燃比センサの出力信号および上記下流側空燃比センサの出力信号の双方に基づいて、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度変化の振幅が予め定められた範囲内の振幅となるように炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量が制御される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
機関から排出される排気ガスの空燃比が予め定められた空燃比となるように、該上流側空燃比センサの出力信号に基づいて機関燃焼室に供給される燃料の量が制御される請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
該上流側空燃比センサの出力信号および該下流側空燃比センサの出力信号の双方に基づいて、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度変化の振幅が空燃比予め定められた範囲内の振幅となるように炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量が制御されているときに、該下流側空燃比センサの出力信号に基づいて排気浄化装置の故障診断が行われる請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度が予め定められた範囲内の周期でもって振動するように炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射周期が制御されているときには、該下流側空燃比センサにより検出された空燃比も振動しており、該下流側空燃比センサにより検出されたリッチ側ピーク空燃比が予め定められた空燃比よりもリーン側になったときには、炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を増大すべく炭化水素の噴射時間が増大せしめられ、このとき炭化水素の噴射時間の増大率が予め定められた率を超えときには、炭化水素供給弁が目詰まりをしていると判断される請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度が予め定められた範囲内の周期でもって振動するように炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射周期が制御されているときには、該下流側空燃比センサにより検出された空燃比はベース空燃比を基準としてリッチ側に振動しており、該下流側空燃比センサにより検出された空燃比とベース空燃比との差の積分値に基づいて、炭化水素供給弁が目詰まりをしているか否かが判断される請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
該下流側空燃比センサにより検出された空燃比とベース空燃比との差の積分値に基づいて炭化水素供給弁が目詰まりをしているか否かを判断するようにした場合、炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を正確に検出するのに炭化水素の噴射周期が短すぎるときには炭化水素の噴射周期が長くされる請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
該下流側空燃比センサにより検出された空燃比とベース空燃比との差の積分値に基づいて炭化水素供給弁が目詰まりをしているか否かを判断するようにした場合、炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を正確に検出するのに炭化水素の噴射量が多すぎるときには炭化水素の噴射量が少なくされる請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度が予め定められた範囲内の周期でもって振動するように炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射周期が制御されているときには、該下流側空燃比センサにより検出された空燃比も振動しており、該上流側空燃比センサにより検出された空燃比が予め定められた空燃比よりもリーン側のときには炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を増大すると共に該上流側空燃比センサにより検出された空燃比が予め定められた空燃比よりもリッチ側のときには炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を減少させ、該下流側空燃比センサにより検出されたリッチ側ピーク空燃比が予め定められた空燃比よりもリーン側のときには炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を増大すると共に該下流側空燃比センサにより検出されたリッチ側ピーク空燃比が予め定められた空燃比よりもリッチ側のときには炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を減少させる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度が予め定められた範囲内の周期でもって振動するように炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射周期が制御されているときには、該下流側空燃比センサにより検出された空燃比も振動しており、該下流側空燃比センサにより検出されたリッチ側ピーク空燃比が予め定められた空燃比よりもリーン側になったときには炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を増大すると共に、該下流側空燃比センサにより検出されたリッチ側ピーク空燃比が予め定められた空燃比よりもリッチ側になったときには炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を減少させる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
上記排気浄化触媒内において排気ガス中に含まれるＮＯＸと改質された炭化水素とが反応して窒素および炭化水素を含む還元性中間体が生成され、上記炭化水素の噴射周期は還元性中間体を生成し続けるのに必要な周期である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
上記炭化水素の噴射周期が０．３秒から５秒の間である請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
上記貴金属触媒は白金Ｐｔと、ロジウムＲｈおよびパラジウムＰｄの少なくとも一方とにより構成される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１４】
上記排気浄化触媒の排気ガス流通表面上にアルカリ金属又はアルカリ土類金属又は希土類又はＮＯＸに電子を供与しうる金属を含む塩基性層が形成されており、該塩基性層の表面が上記塩基性の排気ガス流通表面部分を形成している請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【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、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯＸを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯＸを放出するＮＯＸ吸蔵触媒を配置し、ＮＯＸ吸蔵触媒上流の機関排気通路内に燃料添加弁を配置し、ＮＯＸ吸蔵触媒下流の機関排気通路内に空燃比センサを配置し、ＮＯＸ吸蔵触媒からＮＯＸを放出すべきときには燃料添加弁から機関排気通路内に燃料を供給してＮＯＸ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
ところでこの内燃機関では、例えば燃料添加弁が目詰まりを生じたとすると、ＮＯＸを放出するために燃料添加弁から燃料を供給したときの燃料供給量が、燃料添加弁が目詰まりをしていないときの燃料供給量に比べて少なくなる。その結果、このときＮＯＸ吸蔵触媒から流出する排気ガスの空燃比は、燃料添加弁が目詰まりをしていないときの空燃比に比べてリーン側となる。そこでこの内燃機関では、ＮＯＸ放出のために燃料添加弁から燃料が供給されたときの排気ガスの空燃比を空燃比センサにより検出し、空燃比センサにより検出された排気ガスの空燃比が、燃料添加弁が目詰まりをしていないときの空燃比に比べてリーン側となるときには、燃料添加弁に異常があると判断するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２１９３９号公報
【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ＮＯＸ吸蔵触媒は高温になるとＮＯＸ浄化率が低下してしまい、従ってＮＯＸ吸蔵触媒が高温になると高いＮＯＸ浄化率を得ることができないという問題がある。
本発明の目的は、排気浄化触媒が高温になっても高い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】
【０００５】
本発明によれば、炭化水素を供給するための炭化水素供給弁を機関排気通路内に配置し、炭化水素供給弁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を配置し、排気浄化触媒下流の機関排気通路内に排気ガスの空燃比を検出するための下流側空燃比センサを配置し、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、機関運転時に排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度が予め定められた範囲内の周期でもって振動するように炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射周期が制御されると共に、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度変化の振幅が予め定められた範囲内の振幅となるように下流側空燃比センサの出力信号に基づいて炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量が制御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】
【０００６】
排気浄化触媒が高温になっても高いＮＯＸ浄化率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は圧縮着火式内燃機関の全体図である。
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はＮＯＸ浄化率を示す図である。
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はＮＯＸ浄化率を示す図である。
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１７は排出ＮＯＸ量ＮＯＸＡのマップを示す図である。
図１８は燃料噴射時期を示す図である。
図１９は追加の燃料量ＷＲのマップを示す図である。
図２０Ａおよび２０Ｂは目標ベース空燃比を示す図である。
図２１Ａ、２１Ｂおよび２１Ｃは炭化水素の噴射周期等を示す図である。
図２２Ａおよび２２Ｂ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２３は目標ピーク空燃比を示す図である。
図２４は空燃比センサの出力を示す図である。
図２５は運転制御を行うためのフローチャートである。
図２６および２７は運転制御Ｉの一実施例を示すフローチャートである。
図２８および２９は運転制御Ｉの別の実施例を示すフローチャートである。
図３０は運転制御Ｉの更に別の実施例を示すフローチャートである。
図３１は排気浄化触媒からの流出排気ガスの空燃比の変化を示す図である。
図３２および３３はリッチ制御ＩＩを実行するためのフローチャートである。
図３４は補正係数Ｋの変化を示す図である。
図３５は、図２６および２７に示されるフローチャートにおいてＡで囲まれた部分の別の実施例を示す図である。
図３６Ａ、３６Ｂおよび３６ｃは下流側空燃比センサにより検出された空燃比の変化を示す図である。
図３７は予め定められている領域ＡおよびＢを示す図である。
図３８は、図２６および２７に示されるフローチャートにおいてＡで囲まれた部分の更に別の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト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。
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の入口に連結される。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、排気浄化触媒１３の出口は排気管１２ｂを介して、排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するための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。
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。一方、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。
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。炭化水素供給弁１５上流の排気管１２ａ内には、機関から排出された排気ガスの空燃比を検出するための上流側空燃比センサ２３が配置されており、排気浄化触媒１３下流の排気管１２ｂ内には、排気浄化触媒１３から流出した排気ガスの空燃比を検出するための下流側空燃比センサ２４が配置されている。また、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２４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の前後の差圧を検出するための差圧センサ２６が取付けられている。これら上流側空燃比センサ２３、下流側空燃比センサ２４、温度センサ２５、差圧センサ２６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１０の駆動用ステップモータ、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。
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。
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。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およびロジウムＲｈから構成されている。なお、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と、ロジウムＲｈおよびパラジウムＰｄの少なくとも一方とにより構成される。
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。
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。
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。
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。
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。
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。従って排気ガス中に含まれるＮＯ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。この場合、ＮＯ３の生成量の方がＮＯ２−の生成量よりもはるかに多い。従って白金Ｐｔ５１上には多量のＮＯ３と少量のＮＯ２−が生成されることになる。これらＮＯ３およびＮＯ２−は活性が強く、以下これらＮＯ３およびＮＯ２−を活性ＮＯＸ＊と称する。
一方、炭化水素供給弁１５から炭化水素が供給されると図３に示されるようにこの炭化水素は排気浄化触媒１３内において改質され、ラジカルとなる。その結果、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。
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。
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を炭化水素ＨＣが取り囲んでいると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せしめられ、それによって酸素濃度が高くなると還元性中間体周りの炭化水素は酸化せしめられる。その結果、図６Ａに示されるように還元性中間体と活性ＮＯＸ＊が反応するようになる。このとき活性ＮＯＸ＊は還元性中間体Ｒ−ＮＣＯやＲ−ＮＨ２と反応してＮ２，ＣＯ２，Ｈ２Ｏとなり、斯くしてＮＯＸが浄化されることになる。
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くして酸素濃度を高くすることにより活性ＮＯＸ＊が還元性中間体と反応し、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。
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活性ＮＯＸ＊と反応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が活性ＮＯＸ＊と反応するまで、十分な量の還元性中間体Ｒ−ＮＣＯやＲ−ＮＨ２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。
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。
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の還元作用によりＮＯＸが還元され、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
そこで本発明では、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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、活性ＮＯＸ＊周りの酸素濃度が高くなる。この場合、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。
一方、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。
次に図１６から図１９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１６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。
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が機関出力トルクＴｅおよび機関回転数Ｎの関数として図１７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。
この第２のＮＯＸ浄化方法では図１８に示されるように燃焼室２内に燃料噴射弁３から出力発生用燃料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１８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は機関出力トルクＴｅおよび機関回転数Ｎの関数として図１９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からの炭化水素の供給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。
さて、再び第１のＮＯＸ浄化方法についての説明に戻ると、第１のＮＯＸ浄化方法を用いてＮＯＸを良好に浄化するためには前述したように炭化水素濃度の振幅ΔＨおよび振動周期ΔＴを適切に制御する必要がある。即ち、第１のＮＯＸ浄化方法を用いてＮＯＸを良好に浄化するためには、排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが要求最小空燃比Ｘ以下となるように炭化水素濃度の振幅ΔＨを制御し、炭化水素濃度の振動周期ΔＴを０．３秒から５秒の間に制御する必要がある。
この場合、本発明では炭化水素濃度の振幅ΔＨは炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量を制御することに制御され、炭化水素濃度の振動周期ΔＴは炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射周期を制御することによって制御される。この場合、炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量は、炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射時間又は噴射圧の少なくとも一方を制御することによって制御可能である。しかしながら以下、噴射圧を一定に保持しつつ噴射時間を制御することにより噴射量を制御するようにした場合を例にとって本発明についての説明を行うこととする。
さて、本発明による実施例では、機関の運転状態に応じた最適なスロットル弁１０の開度および最適なＥＧＲ制御弁１７の開度が予め実験により求められており、更にスロットル弁１０およびＥＧＲ制御弁１７が夫々最適な開度とされているときに得られる最適なベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂも予め実験により求められている。図２０Ａにはこの実験により求められた最適なベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂが機関回転数Ｎおよび機関出力トルクＴｅの関数として示されている。なお、図２０Ａにおける各実線は、夫々数値で示されている空燃比の等空燃比線を表している。
機関運転時には、機関から排出される排気ガスの空燃比が図２０Ａに示される最適なベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂとなるように、燃料噴射弁３からの燃料噴射量が制御される。なお、図２０Ａに示される最適なベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂは、機関回転数Ｎおよび機関出力トルクＴｅの関数として図２０Ｂに示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
また、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高いＮＯＸ浄化率の得られる最適な炭化水素噴射周期△Ｔと最適な炭化水素噴射時間ＷＴとが実験により予め求められている。図２１Ａにはこの実験により求められた最適な炭化水素噴射周期△Ｔが機関回転数Ｎおよび機関出力トルクＴｅの関数として示されている。なお、図２１Ａにおける各実線は等炭化水素噴射周期を示している。図２１Ａからわかるように、最適な炭化水素噴射周期△Ｔは機関回転数Ｎが低くなるほど短くなり、機関出力トルクＴｅが高くなるほど短くなる。
図２１Ａに示される最適な炭化水素噴射周期△Ｔは、機関回転数Ｎおよび機関出力トルクＴｅの関数として図２１Ｂに示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。また、実験により求められた最適な炭化水素噴射時間ＷＴも、機関回転数Ｎおよび機関出力トルクＴｅの関数として図２０Ｃに示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
図２２Ａは、炭化水素噴射周期を図２１Ｂに示される最適な炭化水素噴射周期△Ｔとし、炭化水素噴射時間を図２１Ｃに示される最適な炭化水素噴射時間ＷＴとし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の変化を示しており、図２２Ｂはこのとき下流側空燃比センサ２４により検出される空燃比の変化を示している。図２２Ａおよび図２２Ｂからわかるように、排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎのリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｒはリッチになっているのに対し、下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐはリーンとなっている。これは、供給された炭化水素の一部が排気浄化触媒１３に一旦付着した後に時間差をもって蒸発し、それにより排気浄化触媒１３から流出する排気ガスの空燃比の変化が平滑化されるので空燃比のピーク値が小さくなるからであると考えられる。
炭化水素噴射周期が図２１Ｂに示される最適な炭化水素噴射周期△Ｔとされ、炭化水素噴射時間が図２１Ｃに示される最適な炭化水素噴射時間ＷＴとされたときに下流側空燃比センサ２４により検出されるリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐは予め実験により求められており、予め実験により求められているこのリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐは、目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔとして各機関運転状態に対し予め記憶されている。本発明の実施例では、この目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔは機関回転数Ｎおよび機関出力トルクＴｅの関数として図２３に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
図２４に、空燃比センサ２３、２４の出力電流Ｉと空燃比との関係が概略的に示されている。図２４から、空燃比センサ２３、２４の出力電流Ｉは空燃比に応じて変化し、従って空燃比センサ２３、２４の出力電流Ｉから空燃比を検出できることがわかる。
炭化水素噴射時間が図２１Ｃに示される最適な炭化水素噴射時間ＷＴからずれると、下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐも図２３に示される目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔからずれる。このとき下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐが図２３に示される目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔとなるように炭化水素噴射時間を制御すれば、炭化水素噴射時間は図２１Ｃに示される最適な炭化水素噴射時間ＷＴとなり、その結果最大のＮＯＸ浄化率が確保できることになる。
このように、排気浄化触媒１３に下流側空燃比センサ２４を配置すると下流側空燃比センサ２４の出力信号に基づいて炭化水素噴射時間を最適な炭化水素噴射時間に制御することが可能となる。そこで本発明では、排気浄化触媒１３下流の機関排気通路内に排気ガスの空燃比を検出するための下流側空燃比センサ２４を配置し、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度変化の振幅が予め定められた範囲内の振幅となるように下流側空燃比センサ２４の出力信号に基づいて炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量が制御される。
もう少し具体的に説明すると、図２２Ａに示される如く排気浄化触媒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周期でもって振動するように炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射周期が制御されているときには、図２２Ｂに示されるように下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比も振動しており、この場合、本発明による実施例では、下流側空燃比センサ２４により検出されたリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐが予め定められた空燃比（Ａ／Ｆ）ｔよりもリーン側になったときには炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量が増大せしめられ、下流側空燃比センサ２４により検出されたリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐが予め定められた空燃比（Ａ／Ｆ）ｔよりもリッチ側になったときには炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量が減少せしめられる。
次に、図２５に示される機関の運転制御ルーチンについて説明する。なお、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２５を参照するとまず初めにステップ６０において温度センサ２５の出力信号から排気浄化触媒１３の温度ＴＣが活性化温度ＴＣｏを越えているか否かが判別される。ＴＣ＜ＴＣｏのとき、即ち排気浄化触媒１３が活性化していないときには第２のＮＯＸ浄化方法を用いるべきであると判断され、ステップ６１に進む。ステップ６１では図１７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６２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６３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。
ステップ６３においてΣＮＯＸ≦ＭＡＸであると判断されたときにはステップ６４に進んで燃料噴射弁３からの燃料噴射処理が行われる。このときには機関の運転状態から定まる予め定められたリーン空燃比となるように燃料噴射弁３から燃料が噴射される。これに対し、ステップ６３においてΣＮＯＸ＞ＭＡＸであると判別されたときにはステップ６５に進んでリッチ制御Ｉが行われる。即ち、図１９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。このとき排気浄化触媒１３から吸蔵されたＮＯＸが放出される。次いでステップ６６ではΣＮＯＸがクリアされる。
一方、ステップ６０においてＴＣ≧ＴＣｏになったと判断されたとき、即ち排気浄化触媒１３が活性化したときにはステップ６７に進み、前回の割り込み時にはＴＣ＜ＴＣｏであったか否かが判別される。前回の割り込み時にはＴＣ＜ＴＣｏであったとき、即ち、今排気浄化触媒１３が活性化したときにはステップ６８に進んでリッチ制御ＩＩが実行される。このときにも図１９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て排気浄化触媒１３から吸蔵されたＮＯＸが放出される。次いでステップ６９ではΣＮＯＸがクリアされる。
これに対し、前回の割り込み時にもＴＣ≧ＴＣｏであったときには、即ち排気浄化触媒１３が既に活性化しているときにはステップ７０に進んで運転制御Ｉが実行される。この運転制御Ｉでは、本発明による第１のＮＯＸ浄化方法によるＮＯＸ浄化作用が行われる。即ち、排気浄化触媒１３が活性化していないときには第２のＮＯＸ浄化方法によるＮＯＸ浄化作用が行われており、排気浄化触媒１３が活性化すると第２のＮＯＸ浄化方法から第１のＮＯＸ浄化方法へ切り替えられる。
第２のＮＯＸ浄化方法から第１のＮＯＸ浄化方法に切り替えられたときに排気浄化触媒１３にＮＯＸが吸蔵していると、排気浄化触媒１３から吸蔵されているＮＯＸが還元されることなく一気に放出される。従って図２５に示す例では、このように排気浄化触媒１３から吸蔵されているＮＯＸが還元されることなく一気に放出されるのを阻止するために、第２のＮＯＸ浄化方法から第１のＮＯＸ浄化方法に切り替えられる直前にステップ６８において第２のＮＯＸ浄化方法により排気浄化触媒１３から吸蔵ＮＯＸを放出させるためのリッチ制御ＩＩが行われる。
次に、ステップ７０において行われる運転制御Ｉ、即ち第１のＮＯＸ浄化方法によるＮＯＸ浄化作用について説明する。図２６および図２７はこの運転制御Ｉの第一実施例を示している。
図２６を参照すると、まず初めにステップ８０において図２０Ｂに示されるマップからベース空燃比の目標値、即ち目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂが算出される。次いでステップ８１では吸入空気量検出器８の出力信号から吸入空気量ＧＡが算出される。次いでステップ８２ではこれら目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂおよび吸入空気量ＧＡからベース空燃比を目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂにするのに必要な燃料噴射弁３からの出力発生用燃料噴射量Ｑが算出される。次いでステップ８３ではこの燃料噴射量Ｑから燃料噴射時間ＱＴが算出され、次いでステップ８４ではこの燃料噴射時間ＱＴに従って燃料噴射弁３から燃料を噴射する燃料噴射処理が行われる。
次いでステップ８５では図２１Ｂに示されるマップから最適な炭化水素噴射周期△Ｔが算出される。次いでステップ８６では図２１Ｃに示されるマップから最適な炭化水素噴射時間ＷＴが算出される。次いでステップ８７では図２３に示されるマップから目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔが算出される。次いでステップ８８では下流側空燃比センサ２４の出力から実際のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐが検出される。
次いでステップ８９では実際のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐが目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔに小さな一定値αを加算した値よりも大きいか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）ｐ＞（Ａ／Ｆ）ｔ＋αのときにはステップ９０に進んで炭化水素噴射時間ＷＴに対する補正係数Ｋに一定値ΔＫが加算される。次いでステップ９３に進んで炭化水素噴射時間ＷＴに補正係数Ｋを乗算した値（Ｋ・ＷＴ）が最終的な炭化水素噴射時間ＷＴＯとされる。
一方、ステップ８９において（Ａ／Ｆ）ｐ＞（Ａ／Ｆ）ｔ＋αではないと判断されたときにはステップ９１に進んで実際のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐが目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔから一定値αを減算した値よりも小さいか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）ｐ＜（Ａ／Ｆ）ｔ−αのときにはステップ９２に進んで補正係数Ｋから一定値ΔＫが減算され、ステップ９３に進む。次いでステップ９４では最終的な炭化水素噴射時間ＷＴＯに従って炭化水素供給弁１５から炭化水素を噴射する炭化水素噴射処理が行われる。
このようにこの実施例では（Ａ／Ｆ）ｐ＞（Ａ／Ｆ）ｔ＋αのときには炭化水素噴射時間が増大され、（Ａ／Ｆ）ｐ＜（Ａ／Ｆ）ｔ−αのときには炭化水素噴射時間が減少せしめられるので実際のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐが目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔに一致せしめられることになる。その結果高いＮＯＸ浄化率を得ることができることになる。
ところで、この運転制御Ｉの第一実施例では、吸入空気量検出器８により検出された吸入空気量ＧＡに基づいて、ベース空燃比を目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂにするのに必要な出力発生用燃料噴射量Ｑが算出され、この燃料噴射量Ｑから燃料噴射時間ＱＴが算出される。この場合、吸入空気量検出器８が正常に作動して限り、ベース空燃比は目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに維持される。ところがこの場合、例えば吸入空気量検出器８が劣化し、吸入空気量検出器８の出力信号が吸入空気量を正確に示さなくなると、ベース空燃比が目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに一致しなくなる。
一方、運転制御Ｉの第一実施例では、下流側空燃比センサ２４によって実際のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐが目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔとなるように炭化水素供給量がフィードバック制御されており、この場合、ベース空燃比が目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂからずれた場合でも実際のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐが目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔとなるように制御される。即ち、この運転制御Ｉの第一実施例ではベース空燃比がずれた場合でも、実際のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐが目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔとなるようには制御される。
しかしながら、最も高いＮＯＸ浄化率の得られる排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎのリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｒはベース空燃比に対して定まっており、この最も高いＮＯＸ浄化率の得られるリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｒはベース空燃比が変化するとそれに伴って変化する。従って、ベース空燃比が目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに対してずれた場合には、ベース空燃比を目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに戻すことが好ましいことになる。
そこで図２５のステップ７０に示される運転制御Ｉの第二実施例では、上流側空燃比センサ２３を用いてベース空燃比を目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに制御するようにしている。即ち、この運転制御Ｉの第二実施例では、機関から排出された排気ガスの空燃比を上流側空燃比センサ２３により検出し、検出された空燃比が目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂとなるように燃料噴射弁３からの燃料噴射時間ＱＴを補正するようにしている。このように上流側空燃比センサ２３を用いると、たとえ吸入空気量検出器８が劣化したとしても、ベース空燃比を目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに維持することができる。
図２８および図２９はこの運転制御Ｉの第二実施例を実行するためのルーチンを示している。なお、この図２８および図２９に示されるルーチンにおいてステップ１００から１０３は図２６のステップ８０から８３と同じであり、図２８および図２９に示されるルーチンにおいてステップ１１１から１２０は図２６および図２７のステップ８５から９４と同じである。
即ち、図２８を参照すると、まず初めにステップ１００において図２０Ｂに示されるマップからベース空燃比の目標値、即ち目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂが算出される。次いでステップ１０１では吸入空気量検出器８の出力信号から吸入空気量ＧＡが算出される。次いでステップ１０２ではこれら目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂおよび吸入空気量ＧＡからベース空燃比を目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂにするのに必要な燃料噴射弁３からの出力発生用燃料噴射量Ｑが算出される。次いでステップ１０３ではこの燃料噴射量Ｑから燃料噴射時間ＱＴが算出される。
次いでステップ１０４では上流側空燃比センサ２３の出力に基づいて、機関から排出された排気ガスの実際の空燃比（Ａ／Ｆ）ａが検出される。次いでステップ１０５では実際の空燃比（Ａ／Ｆ）ａが目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに小さな一定値βを加算した値よりも大きいか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）ａ＞（Ａ／Ｆ）ｂ＋βのときにはステップ１０６に進んで燃料噴射時間ＱＴに対する補正係数Ｇに一定値ΔＧが加算される。次いでステップ１０６に進んで燃料噴射時間ＱＴに補正係数Ｇを乗算した値（Ｇ・ＱＴ）が最終的な燃料噴射時間ＱＴＯとされる。
一方、ステップ１０５において（Ａ／Ｆ）ａ＞（Ａ／Ｆ）ｂ＋βではないと判断されたときにはステップ１０７に進んで機関から排出された排気ガスの実際の空燃比（Ａ／Ｆ）ａが目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｂから一定値βを減算した値よりも小さいか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）ａ＜（Ａ／Ｆ）ｂ−βのときにはステップ１０８に進んで補正係数Ｇから一定値ΔＧが減算され、ステップ１０９に進む。次いでステップ１１０では燃料噴射時間ＱＴＯに従って燃料噴射弁３から燃料を噴射する燃料噴射処理が行われる。
このようにこの実施例では（Ａ／Ｆ）ａ＞（Ａ／Ｆ）ｂ＋βのときには燃料噴射時間が増大され、（Ａ／Ｆ）ａ＜（Ａ／Ｆ）ｂ−βのときには燃料噴射時間が減少せしめられるので機関から排出された排気ガスの実際の空燃比、即ち実際のベース空燃比（Ａ／Ｆ）ａが目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに一致せしめられることになる。
次いでステップ１１１では図２１Ｂに示されるマップから最適な炭化水素噴射周期△Ｔが算出される。次いでステップ１１２では図２１Ｃに示されるマップから最適な炭化水素噴射時間ＷＴが算出される。次いでステップ１１３では図２３に示されるマップから目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔが算出される。次いでステップ１１４では下流側空燃比センサ２４の出力から実際のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐが検出される。
次いでステップ１１５では実際のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐが目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔに小さな一定値αを加算した値よりも大きいか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）ｐ＞（Ａ／Ｆ）ｔ＋αのときにはステップ１１６に進んで炭化水素噴射時間ＷＴに対する補正係数Ｋに一定値ΔＫが加算される。次いでステップ１１９に進んで炭化水素噴射時間ＷＴに補正係数Ｋを乗算した値（Ｋ・ＷＴ）が最終的な炭化水素噴射時間ＷＴＯとされる。
一方、ステップ１１５において（Ａ／Ｆ）ｐ＞（Ａ／Ｆ）ｔ＋αではないと判断されたときにはステップ１１７に進んで実際のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐが目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔから一定値αを減算した値よりも小さいか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）ｐ＜（Ａ／Ｆ）ｔ−αのときにはステップ１１８に進んで補正係数Ｋから一定値ΔＫが減算され、ステップ１１９に進む。次いでステップ１２０では最終的な炭化水素噴射時間ＷＴＯに従って炭化水素供給弁１５から炭化水素を噴射する炭化水素噴射処理が行われる。
このように（Ａ／Ｆ）ｐ＞（Ａ／Ｆ）ｔ＋αのときには炭化水素噴射時間が増大され、（Ａ／Ｆ）ｐ＜（Ａ／Ｆ）ｔ−αのときには炭化水素噴射時間が減少せしめられるので実際のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐが目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔに一致せしめられることになる。
このようにこの運転制御Ｉの第二実施例では、炭化水素供給弁１５上流の機関排気通路内に配置された上流側空燃比センサ２３の出力信号および下流側空燃比センサ２４の出力信号の双方に基づいて、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度変化の振幅が予め定められた範囲内の振幅となるように炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量が制御される。この場合、この運転制御Ｉの第二実施例では、機関から排出される排気ガスの空燃比、即ちベース空燃比が予め定められた空燃比、即ち目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂとなるように、上流側空燃比センサ２３の出力信号に基づいて機関燃焼室２に供給される燃料の量が制御され、下流側空燃比センサ２４の出力信号に基づいて、排気浄化触媒１３から流出する排気ガスのリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐが目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔとなるように制御される。即ち、この運転制御Ｉの第二実施例では、ベース空燃比が目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに維持された状態で、排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎのリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｒが目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに正確に制御されるので、高いＮＯＸ浄化率を得ることができる。
次に、図２５のステップ７０で示される運転制御Ｉの第三実施例について説明する。この運転制御Ｉの第三実施例では、上流側空燃比センサ２３により検出された実際の空燃比（Ａ／Ｆ）ａと、下流側空燃比センサ２４により検出された実際のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐとを用いて、下記の式に基づき、上流側空燃比センサ２３により検出された実際の空燃比（Ａ／Ｆ）ａと目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂとの差、および下流側空燃比センサ２４により検出された実際のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐと目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔとの差から、炭化水素供給弁１５からの炭化水素噴射時間ＷＴＯが算出される。
ＷＴＯ←ＷＴ・［１＋Ｋ１・（（Ａ／Ｆ）ａ−（Ａ／Ｆ）ｂ）＋Ｋ２・（（Ａ／Ｆ）ｐ−（Ａ／Ｆ）ｔ）］
ここで、ＷＴは図２１Ｃのマップから算出される炭化水素供給弁１５からの炭化水素噴射時間であり、Ｋ１およびＫ２は正の定数である。
上式より、上流側空燃比センサ２３により検出された実際の空燃比（Ａ／Ｆ）ａが目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂよりもリーン側のときには炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量が増大せしめられる共に、上流側空燃比センサ２３により検出された実際の空燃比（Ａ／Ｆ）ａが目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂよりもリッチ側のときには炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量が減少せしめられることがわかる。更に、下流側空燃比センサ２４により検出された実際のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐが目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔよりもリーン側のときには炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量が増大せしめられる共に、下流側空燃比センサ２４により検出された実際のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐが目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔよりもリッチ側のときには炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量が減少せしめられることがわかる。
このことについてもう少し一般的に表現すると、この運転制御Ｉの第三実施例では、上流側空燃比センサ２３により検出された空燃比が予め定められた空燃比よりもリーン側のときには炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量を増大すると共に上流側空燃比センサ２３により検出された空燃比が予め定められた空燃比よりもリッチ側のときには炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量を減少させ、下流側空燃比センサ２４により検出されたリッチ側ピーク空燃比が予め定められた空燃比よりもリーン側のときには炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量を増大すると共に下流側空燃比センサ２４により検出されたリッチ側ピーク空燃比が予め定められた空燃比よりもリッチ側のときには炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量を減少させるようにしている。
図３０は、図２５のステップ７０において行われる運転制御Ｉの第三実施例のルーチンを示している。
図３０を参照すると、まず初めにステップ１３０において図２０Ｂに示されるマップからベース空燃比の目標値、即ち目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂが算出される。次いで、ステップ１３１では上流側空燃比センサ２３により、機関から排出された排気ガスの実際の空燃比（Ａ／Ｆ）ａが検出される。次いでステップ１３２では吸入空気量検出器８の出力信号から吸入空気量ＧＡが算出される。次いでステップ１３３ではこれら目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂおよび吸入空気量ＧＡからベース空燃比を目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂにするのに必要な燃料噴射弁３からの出力発生用燃料噴射量Ｑが算出される。次いでステップ１３４ではこの燃料噴射量Ｑから燃料噴射時間ＱＴが算出され、次いでステップ１３５ではこの燃料噴射時間ＱＴに従って燃料噴射弁３から燃料を噴射する燃料噴射処理が行われる。
次いでステップ１３６では図２１Ｂに示されるマップから最適な炭化水素噴射周期△Ｔが算出される。次いでステップ１３７では図２１Ｃに示されるマップから最適な炭化水素噴射時間ＷＴが算出される。次いでステップ１３８では図２３に示されるマップから目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｔが算出される。次いでステップ１３９では下流側空燃比センサ２４の出力から実際のリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｐが検出される。次いでステップ１４０では次式に基づいて炭化水素供給弁１５からの炭化水素噴射時間ＷＴＯが算出される。
ＷＴＯ←ＷＴ・［１＋Ｋ１・（（Ａ／Ｆ）ａ−（Ａ／Ｆ）ｂ）＋Ｋ２・（（Ａ／Ｆ）ｐ−（Ａ／Ｆ）ｔ）］
次いでステップ１４１では算出された炭化水素噴射時間ＷＴＯに従って炭化水素供給弁１５から炭化水素を噴射する炭化水素噴射処理が行われる。
次に、排気浄化触媒１３の故障診断について簡単に説明する。本発明による実施例では、図２５に示される如く、第２のＮＯＸ浄化方法から第１のＮＯＸ浄化方法に切り替えられる直前に第２のＮＯＸ浄化方法により吸蔵ＮＯＸを放出させるためのリッチ制御ＩＩが行われ、このリッチ制御ＩＩが行われるときに排気浄化装置１３の故障診断、即ち排気浄化装置１３が劣化したか否かの判別が行われる。
図３１は、このリッチ制御ＩＩが行われたときの排気浄化装置１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ａの変化と排気浄化装置１３からの排出排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃの変化とを示している。流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ａがリッチとされる期間ｔｒｔは数秒であって、この期間ｔｒｔは吸蔵ＮＯＸの量に応じて変化せしめられる。（Ａ／Ｆ）ｒｔはリッチ制御ＩＩが行われるときの目標リッチ空燃比を示しており、燃焼室２内に供給される追加の燃料量ＷＲは、リッチ制御ＩＩが行われる毎に上流側空燃比センサ２３により検出された実際の空燃比（Ａ／Ｆ）ａが目標リッチ空燃比（Ａ／Ｆ）ｒｔとなるように学習制御される。
一方、排気浄化装置１３は触媒内に酸素を貯蔵しておく能力を有しており、このように排気浄化装置１３が酸素貯蔵能力を有している場合には、流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ａがリッチにされたときに排気ガス中の過剰炭化水素は、貯蔵されている酸素と反応して酸化せしめられる。このとき、排気ガス中の過剰炭化水素の酸化作用が行われている間は、図３１の期間ｔｓで示されるように排出排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃは理論空燃比に維持される。ところでこの場合、排気浄化装置１３が劣化すると酸素貯蔵能力が低下し、酸素貯蔵能力が低下すると流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ａがリッチにされたときに、排出排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃが理論空燃比に維持される期間ｔｓは短くなる。従って、排出排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃが理論空燃比に維持される期間ｔｓが短くなったことから排気浄化装置１３が劣化したことを検出できることになる。
次に、このリッチ制御ＩＩを示している図３２および図３３について説明する。
図３２を参照すると、まず初めにステップ１５０において図１８に示される出力発生用燃料噴射量Ｑが算出されると共に、図１９に示されるマップから追加の燃料量ＷＲが算出される。次いでステップ１５１では上流側空燃比センサ２３により実際の流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ａが検出される。次いでステップ１５２では流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ａが目標リッチ空燃比（Ａ／Ｆ）ｒｔに小さな一定値ｄを加算した値よりも大きいか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）ａ＞（Ａ／Ｆ）ｒｔ＋ｄのときにはステップ１５３に進んで追加の燃料量ＷＲに対する学習値ＧＲに一定値ΔＧＲが加算される。次いでステップ１５６に進んで追加の燃料量ＷＲに学習値ＧＲを乗算した値（ＧＲ・ＷＲ）が最終的な追加の燃料量ＷＲＯとされる。
一方、ステップ１５２において（Ａ／Ｆ）ａ＞（Ａ／Ｆ）ｒｔ＋ｄではないと判断されたときにはステップ１５４に進んで実際の流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ａが目標ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｒｔから一定値αを減算した値よりも小さいか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）ａ＜（Ａ／Ｆ）ｒｔ−ｄのときにはステップ１５５に進んで学習値ＧＲから一定値ΔＧＲが減算され、ステップ１５６に進む。次いでステップ１５７では最終的な追加の燃料量ＷＲＯに従って燃料噴射弁３から燃料噴射量Ｑに加え、追加の燃料ＷＲＯを噴射する燃料噴射処理が行われる。
このように（Ａ／Ｆ）ａ＞（Ａ／Ｆ）ｒｔ＋ｄのときには追加の燃料ＷＲが増大され、（Ａ／Ｆ）ａ＜（Ａ／Ｆ）ｒｔ−ｄのときには追加の燃料ＷＲが減少せしめられるので実際の流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ａが目標リッチ空燃比（Ａ／Ｆ）ｒｔに一致せしめられることになる。
次いでステップ１５８では下流側空燃比センサ２４により実際の排出排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃが検出される。次いでステップ１５９では実際の排出排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃが理論空燃比に小さな一定値ｈを加算した値よりも小さくかつ理論空燃比から一定値ｈを減算した値よりも大きいか否か、即ち排出排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃがほぼ理論空燃比であるか否かが判別される。排出排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃがほぼ理論空燃比であるときにはステップ１６０に進んで理論空燃比継続時間Ｔｓに一定時間Δｔが加算される。
次いでステップ１６１においてΔｔ時間待った後にステップ１６２に進み、図３１においてｔｒｔで示されるリッチ期間が経過したか否かが判別される。リッチ期間が経過していないときにはステップ１５０に戻る。即ち、リッチ期間が経過するまではΔｔ時間毎にステップ１５０に戻ることになる。これに対し、リッチ期間が経過したときにはステップ１６３に進んで理論空燃比継続時間Ｔｓが劣化判断基準時間ＸＴｓよりも長いか否かが判別される。Ｔｓ＞ＸＴｓのときには排気浄化装置１３は劣化していないと判断され、ステップ１６４に進んでＴｓがクリアされる。これに対し、Ｔｓ≦ＸＴｓのときには排気浄化装置１３は劣化していると判断され、ステップ１６５に進んで警報が発せられる。
次に、排気浄化装置、特に炭化水素供給弁１５の故障診断について説明する。
さて、図２８および図２９に示される運転制御Ｉの第二実施例では、前述したように上流側空燃比センサ２３の出力信号に基づいてベース空燃比が目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに維持されるように制御され、このようにベース空燃比が目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに維持された状態で、下流側空燃比センサ２４の出力信号に基づき、排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎのリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｒが目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに正確に制御されるので、高いＮＯＸ浄化率を得ることができる。
ところでこのように、ベース空燃比が目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに維持され、排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎのリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｒが目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに正確に制御されている場合には、排気浄化装置に異常が生ずると、例えば炭化水素供給弁１５の炭化水素供給作用に異常が生ずると、その異常の影響が下流側空燃比センサ２４の出力信号に敏感に現れる。従って、このように、ベース空燃比が目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに維持され、排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎのリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｒが目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに正確に制御されているときに排気浄化装置の故障診断を行うと、排気浄化装置の故障を的確に見出すことができる。
そこで本発明による実施例では、上流側空燃比センサ２３の出力信号および下流側空燃比センサ２４の出力信号の双方に基づいて、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度変化の振幅が予め定められた範囲内の振幅となるように炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量が制御されているときに、下流側空燃比センサ２４の出力信号に基づいて排気浄化装置の故障診断を行うようにしている。
次に、排気浄化装置の故障として、炭化水素供給弁１５が目詰まりを生じた場合を例にとって排気浄化装置の故障診断方法について説明する。
さて、炭化水素供給弁１５が目詰まりを生ずると炭化水素供給弁１５からの炭化水素の供給量が減少する。従って、ベース空燃比が目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに維持され、排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎのリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｒが目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに正確に制御されている場合に、即ち図２８および図２９に示される運転制御Ｉの第二実施例が実行されているときに炭化水素供給弁１５が目詰まりを生じて炭化水素供給弁１５からの炭化水素の供給量が減少すると、排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎのリッチ側ピーク空燃比（Ａ／Ｆ）ｒを目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｂに一致させるべく図２９のステップ１１６，１１８，１１９に示される補正係数Ｋが増大せしめられる。
この場合、炭化水素供給弁１５からの炭化水素の供給量が減少するほど補正係数Ｋが増大する。即ち、図３４に示されるように炭化水素供給弁１５の目詰まり量が増大するほど補正係数Ｋが増大する。従って、補正係数Ｋの値から炭化水素供給弁１５が目詰まりを生じたか否かを判断することができることになる。本発明による実施例では、炭化水素供給弁１５の目詰まり量が許容量以上となるときの補正係数Ｋの値が限界値ＸＫとして予め記憶されており、補正係数Ｋの値がこの限界値ＸＫを超えたときには炭化水素供給弁１５が目詰まりを生じたことを示す警報を発するようにしている。
この故障診断方法を用いる場合には、図２９において鎖線Ａで囲まれたフローチャート部分に代えて図３５に示されるフローチャート部分が用いられる。この場合には、図３５に示されるようにステップ１２０において炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射処理が行われた後、ステップ１２１において補正係数Ｋが限界値ＸＫよりも小さいか否かが判別され、Ｋ≧ＸＫであると判断されたときにはステップ１２２に進んで警告が発せられる。
なお、補正係数Ｋの値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時間が増大せしめられ、このとき補正係数Ｋが限界値ＸＫを超えると、炭化水素の噴射時間の増大率も限界値ＸＫに対応する予め定められた率を超えることになる。従って、この故障診断方法を別の言い方で表現すると、下流側空燃比センサ２４により検出されたリッチ側ピーク空燃比が予め定められた空燃比よりもリーン側になったときには、炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量を増大すべく炭化水素の噴射時間が増大せしめられ、このとき炭化水素の噴射時間の増大率が予め定められた率を超えときには、炭化水素供給弁１５が目詰まりをしていると判断されることになる。
次に、炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量を下流側空燃比センサ２４の出力信号から算出し、この算出された炭化水素の噴射量に基づいて炭化水素供給弁１５の異常、例えば炭化水素供給弁１５の目詰まりを検出する方法について説明する。
図３６Ａ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下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比の変化を示している。このとき下流側空燃比センサ２４により検出される空燃比は通常、図３６のＩで示されるようにベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂを基準としてリッチ側に振動している。即ち、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周期でもって振動するように炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射周期が制御されているときには、下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比は通常、ベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂを基準としてリッチ側に振動している。
このときハッチングで示される部分の面積Ｓは、即ち下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比とベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂとの差の積分値は、炭化水素供給弁１５からの一回当りの実際の炭化水素噴射量を表している。なお、上述の面積Ｓおよび積分値は空燃比変動一回当りの面積Ｓおよび積分値を示しており、このことは以下でも同様である。
この面積Ｓは、機関の運転状態に応じて算出されている炭化水素の目標噴射量から算出することができ、このように目標噴射量から算出された面積Ｓは基準面積Ｓｏと称される。目標噴射量と実際に噴射された噴射量とが等しいときには面積Ｓは基準面積Ｓｏと等しくなる。しかしながら、目標噴射量と実際に噴射された噴射量とが等しくないときには面積Ｓは基準面積Ｓｏとは等しくならず、例えば目標噴射量に比べて実際に噴射された噴射量が少ないときには面積Ｓは基準面積Ｓｏよりも小さくなる。従って、下流側空燃比センサ２４の検出信号に基づき算出される面積Ｓを、目標噴射量から算出される基準面積Ｓｏと比較すれば炭化水素供給弁１５から炭化水素が正常に噴射されているか否かを判断できることになる。
そこで本発明による実施例では、下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比とベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂとの差の積分値に基づいて炭化水素供給弁１５から炭化水素が正常に噴射されているか否かを、例えば炭化水素供給弁１５が目詰まりをしているか否かを判断するようにしている。この場合、本発明による具体的な例では、面積Ｓが基準面積Ｓｏに一定値Ｃ（＜１．０）を乗算した値Ｃ・Ｓｏよりも小さくなったときには炭化水素供給弁１５が目詰まりをしていると判断される。
ところで炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射周期が短くなると図３６ＡのＩＩに示されるように、下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比がベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂまで戻る前に次の炭化水素の噴射作用によりリッチ側に向けて変化する。このように下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比がベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂまで戻らなくなると、算出された面積Ｓが実際の炭化水素噴射量を表さなくなる。
そこで本発明による実施例では、図３６ＢのＩに示されるように下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比がベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂまで戻らなくなったときには、下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比がベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂまで戻るように図３６ＢのＩＩに示される如く、炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射周期が長くされる。
即ち、本発明による実施例では、下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比とベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂとの差の積分値に基づいて炭化水素供給弁１５が目詰まりをしているか否かを判断するようにした場合、炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量を正確に検出するのに炭化水素の噴射周期が短すぎるときには炭化水素の噴射周期を長くするようにしている。またこの場合、供給される炭化水素量が不足しないように炭化水素供給弁１５からの一回当りの炭化水素噴射量が増大される。
一方、図３６ＣのＩに示されるように炭化水素供給弁１５からの一回当りの炭化水素噴射量が大きくなると、一部の炭化水素が排気浄化触媒１３をすり抜けるようになる。しかしながらこのように炭化水素が排気浄化触媒１３をすり抜けるようになると、すり抜けた炭化水素によって下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比がリーン側にずれるという問題を生ずる。即ち、空燃比センサでは排気ガス中の炭化水素と酸素とを空燃比センサ上で反応させたときに余剰となる或いは不足する酸素量から空燃比が検出されるが、すり抜けた炭化水素は分子量が大きいために空燃比センサ上で反応しない。その結果、酸素量が実際の酸素量よりも多く存在すると判断され、それにより下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比がリーン側にずれることになる。
このように下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比がリーン側にずれると炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量を正確に検出できなくなる。そこで本発明による実施例では、図３６ＣのＩに示されるように炭化水素供給弁１５からの一回当りの炭化水素噴射量が大きい場合には、炭化水素が排気浄化触媒１３をすり抜けないようにするために図３６ＣのＩＩに示される如く、炭化水素供給弁１５からの一回当りの炭化水素噴射量を少なくするようにしている。
即ち、本発明による実施例では、下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比とベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂとの差の積分値に基づいて炭化水素供給弁１５が目詰まりをしているか否かを判断するようにした場合、炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量を正確に検出するのに炭化水素の噴射量が多すぎるときには炭化水素の噴射量が少なくされる。
なお、図３６ＢのＩに示されるように下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比がベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂまで戻らなる可能性があるのは、図３７の領域Ａで示される機関低速低中負荷運転時である。従って、本発明による具体的な例では、機関の運転状態が領域Ａで示される機関低速低中負荷運転状態のときに、図３６ＢのＩＩに示される如く、炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射周期が長くされると共に一回当りの炭化水素噴射量が増量される。
一方、図３６ＣのＩに示されるように炭化水素供給弁１５からの一回当りの炭化水素噴射量が大きくなる可能性があるのは、図３７の領域Ｂで示される機関高速低負荷運転時である。従って、本発明による具体的な例では、機関の運転状態が領域Ｂで示される機関高速低負荷運転状態のときに、図３６ＣのＩＩに示される如く、炭化水素供給弁１５からの一回当りの炭化水素噴射量を少なくするようにしている。
図３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃおよび図３７に基づいて説明した故障診断方法を用いる場合には、図２９において鎖線Ａで囲まれたフローチャート部分に代えて図３８に示されるフローチャート部分が用いられる。この場合には、図３８に示されるようにまず初めにステップ１７０において故障診断をすべき時期であるか否かが判別される。故障診断をすべき時期でないときにはステップ１７３に進んで炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射処理が行われる。これに対し、故障診断をすべき時期であるときにはステップ１７１に進んで機関の運転状態が図３７に示される運転領域Ａにあるか否かが判別される。機関の運転状態が図３７に示される運転領域Ａにないときにはステップ１７２に進んで機関の運転状態が図３７に示される運転領域Ｂにあるか否かが判別される。機関の運転状態が図３７に示される運転領域Ｂにないときにはステップ１７３に進む。
一方、ステップ１７１において機関の運転状態が図３７に示される運転領域Ａにあると判別されたときにはステップ１７４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に予め定められている補正値Ｆ（＞１．０）が乗算される。次いでステップ１７５では、図２９のステップ１１９において算出されている炭化水素供給弁１５からの炭化水素噴射時間ＷＴＯに補正値Ｆが乗算される。次いでステップ１７３に進む。このとき炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射周期は長くされ、一回当りの炭化水素噴射量が増大される。
また、ステップ１７２において機関の運転状態が図３７に示される運転領域Ｂにあると判別されたときには、ステップ１７６に進んで、図２９のステップ１１９において算出されている炭化水素供給弁１５からの炭化水素噴射時間ＷＴＯに補正値Ｊ（＜１．０）が乗算される。次いでステップ１７３に進む。このとき炭化水素供給弁１５からの一回当りの炭化水素噴射量が減少せしめられる。
次いでステップ１７７では、下流側空燃比センサ２４により検出された空燃比とベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂとの差の積分値、即ち図３６Ａに示される空燃比変動一回当りの面積Ｓが算出される。次いでステップ１７８では炭化水素の目標噴射量から基準面積Ｓｏが算出される。次いでステップ１７９では面積Ｓが基準面積Ｓｏに一定値Ｃ（＜１．０）を乗算した値Ｃ・Ｓｏよりも大きいか否かが判別される。Ｓ＜Ｃ・Ｓｏのときには炭化水素供給弁１５が目詰まりをしていると判断され、ステップ１８０に進んで警告が発せられる。
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】
【０００９】
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
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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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】
2013008342.tif 000040
【図３３】
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【図３４】
2013008342.tif 000042
【図３５】
2013008342.tif 000043
【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【図３６Ｃ】
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【図３７】
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【図３８】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年4月3日(2013.4.3)
【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】
炭化水素を供給するための炭化水素供給弁を機関排気通路内に配置し、炭化水素供給弁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を配置し、該排気浄化触媒下流の機関排気通路内に排気ガスの空燃比を検出するための下流側空燃比センサを配置し、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、機関運転時に排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度が予め定められた範囲内の周期でもって振動するように炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射周期が制御されると共に、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度変化の振幅が予め定められた範囲内の振幅となるように該下流側空燃比センサの出力信号に基づいて炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量が制御される内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
該炭化水素供給弁上流の機関排気通路内に排気ガスの空燃比を検出するための上流側空燃比センサを配置し、該上流側空燃比センサの出力信号および上記下流側空燃比センサの出力信号の双方に基づいて、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度変化の振幅が予め定められた範囲内の振幅となるように炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量が制御される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
機関から排出される排気ガスの空燃比が予め定められた空燃比となるように、該上流側空燃比センサの出力信号に基づいて機関燃焼室に供給される燃料の量が制御される請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
該上流側空燃比センサの出力信号および該下流側空燃比センサの出力信号の双方に基づいて、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度変化の振幅が予め定められた範囲内の振幅となるように炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量が制御されているときに、該下流側空燃比センサの出力信号に基づいて排気浄化装置の故障診断が行われる請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度が予め定められた範囲内の周期でもって振動するように炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射周期が制御されているときには、該下流側空燃比センサにより検出された空燃比も振動しており、該下流側空燃比センサにより検出されたリッチ側ピーク空燃比が予め定められた空燃比よりもリーン側になったときには、炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を増大すべく炭化水素の噴射時間が増大せしめられ、このとき炭化水素の噴射時間の増大率が予め定められた率を超えたときには、炭化水素供給弁が目詰まりをしていると判断される請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度が予め定められた範囲内の周期でもって振動するように炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射周期が制御されているときには、該下流側空燃比センサにより検出された空燃比はベース空燃比を基準としてリッチ側に振動しており、該下流側空燃比センサにより検出された空燃比とベース空燃比との差の積分値に基づいて、炭化水素供給弁が目詰まりをしているか否かが判断される請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
該下流側空燃比センサにより検出された空燃比とベース空燃比との差の積分値に基づいて炭化水素供給弁が目詰まりをしているか否かを判断するようにした場合、炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を正確に検出するのに炭化水素の噴射周期が短すぎるときには炭化水素の噴射周期が長くされる請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
該下流側空燃比センサにより検出された空燃比とベース空燃比との差の積分値に基づいて炭化水素供給弁が目詰まりをしているか否かを判断するようにした場合、炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を正確に検出するのに炭化水素の噴射量が多すぎるときには炭化水素の噴射量が少なくされる請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度が予め定められた範囲内の周期でもって振動するように炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射周期が制御されているときには、該下流側空燃比センサにより検出された空燃比も振動しており、該上流側空燃比センサにより検出された空燃比が予め定められた空燃比よりもリーン側のときには炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を増大すると共に該上流側空燃比センサにより検出された空燃比が予め定められた空燃比よりもリッチ側のときには炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を減少させ、該下流側空燃比センサにより検出されたリッチ側ピーク空燃比が予め定められた空燃比よりもリーン側のときには炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を増大すると共に該下流側空燃比センサにより検出されたリッチ側ピーク空燃比が予め定められた空燃比よりもリッチ側のときには炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を減少させる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度が予め定められた範囲内の周期でもって振動するように炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射周期が制御されているときには、該下流側空燃比センサにより検出された空燃比も振動しており、該下流側空燃比センサにより検出されたリッチ側ピーク空燃比が予め定められた空燃比よりもリーン側になったときには炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を増大すると共に、該下流側空燃比センサにより検出されたリッチ側ピーク空燃比が予め定められた空燃比よりもリッチ側になったときには炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を減少させる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
上記排気浄化触媒内において排気ガス中に含まれるNOxと改質された炭化水素とが反応して窒素および炭化水素を含む還元性中間体が生成され、上記炭化水素の噴射周期は還元性中間体を生成し続けるのに必要な周期である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
上記炭化水素の噴射周期が0.3秒から５秒の間である請求項11に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
上記貴金属触媒は白金Ptと、ロジウムRhおよびパラジウムPdの少なくとも一方とにより構成される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１４】
上記排気浄化触媒の排気ガス流通表面上にアルカリ金属又はアルカリ土類金属又は希土類又はNOxに電子を供与しうる金属を含む塩基性層が形成されており、該塩基性層の表面が上記塩基性の排気ガス流通表面部分を形成している請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【国際調査報告】
2013008342.tif 000049
2013008342.tif 000050
2013008342.tif 000051