(57)【要約】【課題】ＮＯｘをより確実に浄化する。【解決手段】機関排気通路内に順次、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕ、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄ、及びＮＯｘ選択還元触媒２３を配置する。上流側ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるリッチ処理をリッチ時間だけ行う。リッチ処理の初期に上流側ＮＯｘ吸蔵触媒から流出するＮＯｘ量が多いときには該ＮＯｘ量が少ないときに比べてリッチ時間を長く設定する。【選択図】図１
2015014225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に順次、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒、及びＮＯｘ選択還元触媒を配置し、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒及び下流側ＮＯｘ吸蔵触媒はそれぞれ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放出して還元する性質を有し、ＮＯｘ選択還元触媒はアンモニアを保持すると共に保持しているアンモニアによりＮＯｘを選択的に還元する性質を有し、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるリッチ処理をリッチ時間だけ行う、内燃機関の排気浄化装置であって、リッチ処理の初期に上流側ＮＯｘ吸蔵触媒から流出するＮＯｘ量が多いときには該ＮＯｘ量が少ないときに比べてリッチ時間を長く設定する、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】
機関排気通路内に順次、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒、及びＮＯｘ選択還元触媒を配置し、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒及び下流側ＮＯｘ吸蔵触媒はそれぞれ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放出して還元する性質を有し、ＮＯｘ選択還元触媒はアンモニアを保持すると共に保持しているアンモニアによりＮＯｘを選択的に還元する性質を有し、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるリッチ処理を行う、内燃機関の排気浄化装置が公知である（特許文献１参照）。特許文献１では、排気ガス中のＮＯｘは上流側ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される。仮にＮＯｘが上流側ＮＯｘ吸蔵触媒を通過したとしても下流側ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される。仮にＮＯｘが下流側ＮＯｘ吸蔵触媒を通過したとしても、ＮＯｘ選択還元触媒にあらかじめ保持されているアンモニアにより還元される。上流側ＮＯｘ吸蔵触媒のためのリッチ処理が行われると、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒及び下流側ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘが放出され、このＮＯｘは排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯ，Ｈ２のような還元剤により還元される。
【０００３】
また、特許文献１では、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒から流出するＮＯｘ量がしきい値を越えると上流側ＮＯｘ吸蔵触媒のためのリッチ処理が開始され、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒から還元剤が流出し始めると上流側ＮＯｘ吸蔵触媒のためのリッチ処理が終了される。同様に、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒から流出するＮＯｘ量がしきい値を越えると下流側ＮＯｘ吸蔵触媒のためのリッチ処理が開始され、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒から還元剤が流出し始めると下流側ＮＯｘ吸蔵触媒のためのリッチ処理が終了される。
【０００４】
一方、リッチ処理が行われたときにＮＯｘ吸蔵触媒においてＮＯｘが窒素Ｎ２に還元されるだけでなく、一部のＮＯｘがアンモニアＮＨ３に還元されることが知られている。特許文献１では、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒のためのリッチ処理が行われると上流側ＮＯｘ吸蔵触媒においてアンモニアが生成され、このアンモニアは次いでＮＯｘ選択還元触媒に到達して保持される。次いで、リッチ処理が終了されて流入する排気ガスの空燃比がリーンに戻された後に、ＮＯｘ選択還元触媒に流入する排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ選択還元触媒に保持されているアンモニアにより還元される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１２−５０３７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、リッチ処理の初期には、比較的多量のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵触媒から還元されることなく流出する場合があることが知られている。特許文献１はこのことについて何ら言及していないけれども、特許文献１では次のような現象が生じていると考えられる。すなわち、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒のためのリッチ処理の初期に上流側ＮＯｘ吸蔵触媒から流出したＮＯｘは下流側ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着ないし吸蔵される。特許文献１では上述したように、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒から還元剤が流出し始めると上流側ＮＯｘ吸蔵触媒のためのリッチ処理が終了されるので、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒のためのリッチ処理が行われている間に、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘはほとんど還元されず、すなわち下流側ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵され続ける。その結果、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒が吸蔵し得るＮＯｘ量が減少し、流入する排気ガスの空燃比がリーンに戻された後に上流側ＮＯｘ吸蔵触媒を通過したＮＯｘが下流側ＮＯｘ吸蔵触媒に十分に吸蔵されないおそれがある。
【０００７】
あるいは、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒のためのリッチ処理の初期に上流側ＮＯｘ吸蔵触媒から流出したＮＯｘは下流側ＮＯｘ吸蔵触媒を通過してＮＯｘ選択還元触媒に到達し、ＮＯｘ選択還元触媒においてアンモニアに還元される。言い換えると、ＮＯｘ選択還元触媒に保持されているアンモニアが消費されてしまう。その結果、流入する排気ガスの空燃比がリーンに戻された後に上流側ＮＯｘ吸蔵触媒及び下流側ＮＯｘ吸蔵触媒を通過したＮＯｘを十分に還元できないおそれがある。
【０００８】
いずれにしても、リッチ処理が行われた後にＮＯｘを十分に浄化できないおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、機関排気通路内に順次、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒、及びＮＯｘ選択還元触媒を配置し、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒及び下流側ＮＯｘ吸蔵触媒はそれぞれ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放出して還元する性質を有し、ＮＯｘ選択還元触媒はアンモニアを保持すると共に保持しているアンモニアによりＮＯｘを選択的に還元する性質を有し、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるリッチ処理をリッチ時間だけ行う、内燃機関の排気浄化装置であって、リッチ処理の初期に上流側ＮＯｘ吸蔵触媒から流出するＮＯｘ量が多いときには該ＮＯｘ量が少ないときに比べてリッチ時間を長く設定する、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
ＮＯｘをより確実に浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】ＮＯｘ吸蔵触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。
【図３】リッチ処理を説明するタイムチャートである。
【図４】（Ａ）ＮＯｘ量ｑＮＯｘＵ及び（Ｂ）ＮＯｘ量ｑＮのマップを示す図である。
【図５】リッチ処理の初期を説明するタイムチャートである。
【図６】リッチ時間ｔＲのマップを示す図である。
【図７】ＮＯｘ量ＱＮＵＥのマップを示す図である。
【図８】排気浄化制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら、本発明を火花点火式内燃機関に適用することもできる。
【００１３】
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電磁制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。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７ｃの出口に連結され、コンプレッサ７ｃの入口は吸気導入管８を介してエアフロメータ９及びエアクリーナ１０に順次連結される。吸気ダクト６内には電気制御式スロットル弁１１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１２が配置される。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７ｔの入口に連結され、排気タービン７ｔの出口は排気後処理装置２０に連結される。
【００１４】
各燃料噴射弁３は燃料供給管１３を介してコモンレール１４に連結され、このコモンレール１４は電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１５を介して燃料タンク１６に連結される。燃料タンク１６内の燃料は燃料ポンプ１５によってコモンレール１４内に供給され、コモンレール１４内に供給された燃料は各燃料供給管１３を介して燃料噴射弁３に供給される。なお、コモンレール１４にはコモンレール１４内の燃料圧を検出する燃料圧センサ（図示しない）が取り付けられており、燃料圧センサからの信号に基づきコモンレール１４内の燃料圧が目標圧に一致するように燃料ポンプ１５の燃料吐出量が制御される。
【００１５】
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という。）通路１７を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１７内には電気制御式ＥＧＲ制御弁１８が配置される。また、ＥＧＲ通路１７周りにはＥＧＲ通路１７内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１９が配置される。
【００１６】
排気後処理装置２０は排気タービン７ｔの出口に連結された排気管２１を具備し、この排気管２１は上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕの入口に連結される。上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕの出口は排気管２１ａを介して下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄの入口に連結され、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄの出口は排気管２２ｂを介してＮＯｘ選択還元触媒２３の入口に連結される。ＮＯｘ選択還元触媒２３の出口には排気管２１ｃが連結される。
【００１７】
上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕには上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕの温度を検出する温度センサ２４が取り付けられる。別の実施例では上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕから流出する排気ガスの温度を検出する温度センサが排気管２１ａに取り付けられる。上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕから流出する排気ガスの温度は上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕの温度を表している。
【００１８】
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及び出力ポート３６を具備する。エアフロメータ９及び温度センサ２４の出力電圧はそれぞれ対応する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３９にはアクセルペダル３９の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４０が接続され、負荷センサ４０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。さらに、クランクシャフトが例えば３０度回転するごとに出力パルスを発生するクランク角センサ４１が入力ポート３５に接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４１からの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。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１１の駆動装置、燃料ポンプ１５、及びＥＧＲ制御弁１８に接続される。
【００１９】
ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕ，２２ｄはそれぞれハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気ガス流通路を具備する。各隔壁の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図２（Ａ）及び２（Ｂ）はこの触媒担体５５の表面部分の断面を図解的に示している。図２（Ａ）及び２（Ｂ）に示されるように触媒担体５５の表面上には貴金属触媒５６が分散して担持されており、更に触媒担体５５の表面上にはＮＯｘ吸収剤５７の層が形成されている。
【００２０】
本発明による実施例では、貴金属触媒５６として白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、オスミウムＯｓ、金Ａｕ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒ、ルテニウムＲｕから選ばれた少なくとも一つが用いられ、ＮＯｘ吸収剤５７を構成する成分としては例えばカリウム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、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられる。
【００２１】
吸気通路、燃焼室２及び、排気通路内の或る位置よりも上流の排気通路内に供給された空気及び燃料の比をその位置における排気ガスの空燃比と称し、吸収及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、ＮＯｘ吸収剤５７は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、流入する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の吸蔵放出作用を行う。
【００２２】
すなわち、貴金属触媒５６として白金Ｐｔを用いＮＯｘ吸収剤５７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、流入する排気ガスの空燃比がリーンのとき、すなわち流入する排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図２（Ａ）に示されるように白金Ｐｔ５６上において酸化されてＮＯ２となり、次いでＮＯｘ吸収剤５７内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ３と結合しながら硝酸イオンＮＯ３−の形でＮＯｘ吸収剤５７内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤５７内に吸収される。流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ５６の表面でＮＯ２が生成され、ＮＯｘ吸収剤５７のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ２がＮＯｘ吸収剤５７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ３−が生成される。なお、ＮＯｘが吸着によってＮＯｘ吸収剤５７に一時的に保持される場合もある。
【００２３】
これに対し、流入排気ガスの空燃比がリッチにされると流入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、斯くして図２（Ｂ）に示されるようにＮＯｘ吸収剤５７内の硝酸イオンＮＯ３−がＮＯ２の形でＮＯｘ吸収剤５７から放出される。次いで放出されたＮＯｘは排気ガス中に含まれる還元剤例えばＨＣ，ＣＯ，Ｈ２によって還元される。
【００２４】
一方、ＮＯｘ選択還元触媒２３もハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気ガス流通路を具備する。ＮＯｘ選択還元触媒２３は例えばチタニアから形成された担体上に酸化バナジウムを担持したバナジウム・チタニア触媒又はゼオライトから形成された担体上に銅を担持した銅ゼオライト触媒から構成される。
【００２５】
ＮＯｘ選択還元触媒２３は流入する排気ガス中のアンモニアＮＨ３を保持すると共にアンモニアによりＮＯｘを選択的に還元する性質を有する。この場合、アンモニアは吸着によってＮＯｘ選択還元触媒２３に保持されると考えられる。
【００２６】
さて、本発明による実施例では通常はリーン空燃比のもとで燃焼が行われる。この場合、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕ、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄ、及びＮＯｘ選択還元触媒２３への流入排気ガスの空燃比はリーンであるので、このとき流入排気ガス中のＮＯｘは上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕ内に吸蔵される。仮に、ＮＯｘが上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕに吸蔵されず上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕから流出したとしても、このＮＯｘは下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄに吸蔵される。仮に、ＮＯｘが下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄに吸蔵されず下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄから流出したとしても、このＮＯｘはＮＯｘ選択還元触媒２３においてアンモニアにより還元される。したがって、ＮＯｘが大気中に排出されるのが確実に抑制される。
【００２７】
しかしながら、機関運転が継続されると上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕのＮＯｘ吸蔵量が多くなり、ついには上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕがＮＯｘを吸蔵できなくなってしまう。
【００２８】
そこで本発明による実施例では、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕがＮＯｘにより飽和する前に、流入排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるリッチ処理を行い、それによって上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕからＮＯｘを放出させてＮ２に還元するようにしている。その結果、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕのＮＯｘ吸蔵量が減少され、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕが吸蔵し得るＮＯｘ量が回復される。
【００２９】
すなわち、図３にＸで示されるように上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕのＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘＵが上限量ＭＡＸを越えると、リッチ処理が行われ、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕへの流入排気ガスの空燃比ＡＦＥがリッチに切り換えられる。次いで、図３にＹで示されるようにリッチ処理があらかじめ定められたリッチ時間ｔＲだけ継続されると、リッチ処理が終了され、流入排気ガスの空燃比ＡＦＥがリーンに戻される。なお、図３においてＡＦＳは理論空燃比を表している。
【００３０】
本発明による実施例では、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕに流入する排気ガスの空燃比がリッチになるように、燃焼室２内に燃料噴射弁３から燃焼用燃料に加えて追加の燃料を噴射することによって、リッチ処理が行われる。この追加の燃料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。別の実施例では、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕ上流の排気通路内に燃料（炭化水素）を噴射することによってリッチ処理が行われる。
【００３１】
また、本発明による実施例では、流入排気ガスの空燃比ＡＦＥがリーンのときに単位時間当たりに上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕに吸蔵されるＮＯｘ量ｑＮＯｘＵを積算することによって、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕのＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘＵが算出される（ＱＮＯｘＵ＝ＱＮＯｘＵ＋ｑＮＯｘＵ）。
【００３２】
単位時間当たりに上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕに吸蔵されるＮＯｘ量ｑＮＯｘＵは、単位時間当たりに上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕに流入するＮＯｘの量ｑＮ、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕの温度ＴＣＵ、及び吸入空気量Ｇａの関数として図４（Ａ）に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。なお、吸入空気量Ｇａは上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕ内を流れる排気ガスの流量を表している。また、単位時間当たりに上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕに流入するＮＯｘの量、すなわち単位時間当たりに機関から排出されるＮＯｘ量ｑＮは機関負荷を表す燃料噴射量ＱＦ及び機関回転数Ｎｅの関数として図４（Ｂ）に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３３】
ところで、リッチ処理の初期には比較的多量のＮＯｘが上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕから還元されることなく流出する場合がある。すなわち、図５にＸで示されるようにリッチ処理が開始されると、単位時間当たりに上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕから流出するＮＯｘ量ｑＮＵＥが一時的に増大する。
【００３４】
このような現象が生ずるのは次の理由によると考えられている。すなわち、リッチ処理が開始されると、排気ガスに含まれる還元剤が上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕの表面に付着している酸素、及び、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕが酸素貯蔵機能を有している場合には上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕから放出された酸素を消費する。その結果、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕからＮＯｘが一気に放出されるけれども、このＮＯｘを還元するのに十分な還元剤が存在せず、したがってＮＯｘが還元されることなく上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕから流出する。
【００３５】
図５に示される例では、リッチ処理が開始されてから時間ｔＳが経過するまでがリッチ処理の初期であり、リッチ処理の初期に上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕから流出した総ＮＯｘ量がＱＮＵＥで示されている。
【００３６】
このように上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕから流出したＮＯｘは次いで下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄに到達し、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄに吸着によって保持される。あるいは、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄへの流入排気ガスの空燃比がいまだリーンのときにはＮＯｘが下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄに吸収される。いずれにしてもＮＯｘが下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄに吸蔵される。仮に、ＮＯｘが下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄに吸蔵されず下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄから流出したとしても、このＮＯｘはＮＯｘ選択還元触媒２３においてアンモニアにより還元される。
【００３７】
次いで、リッチ処理の中期になると、すなわち図５に示される例ではリッチ処理が開始されてからあらかじめ定められた設定時間ｔＳが経過すると、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕから放出されたＮＯｘが排気ガス中の還元剤により還元され、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕからＮＯｘがほとんど流出しなくなる。なお、この場合、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕにおいてＮＯｘは主として窒素Ｎ２に還元され、一部のＮＯｘはアンモニアＮＨ３に還元される。このアンモニアは上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕから流出し、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄを通過してＮＯｘ選択還元触媒２３に到達し、ＮＯｘ選択還元触媒２３に保持される。
【００３８】
上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕにおいてＮＯｘの還元が行われている間は上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕからは還元剤がほとんど流出せず、したがって下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄに吸蔵されているＮＯｘはそのまま保持される。
【００３９】
次いで、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕに吸蔵されているほぼすべてのＮＯｘが放出される。この場合、リッチ処理が継続されると、排気ガス中の還元剤が上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕを通過して下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄに流入する。その結果、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄに吸蔵されているＮＯｘが放出され還元される。したがって、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄが吸蔵し得るＮＯｘ量が回復される。
【００４０】
また、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄでも一部のＮＯｘが還元されてアンモニアが生成される。このアンモニアは下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄから流出してＮＯｘ選択還元触媒２３に到達し、ＮＯｘ選択還元触媒２３に保持される。その結果、ＮＯｘ選択還元触媒２３に保持されるアンモニア量を増大することができる。したがって、リッチ処理が行われた後にＮＯｘを十分に浄化することができる。
【００４１】
このように本発明による実施例では、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄにおいて十分な量のＮＯｘが放出され又はアンモニアが生成されるまでリッチ処理が継続される。
【００４２】
この場合、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄのＮＯｘ吸蔵量が多いときには当該ＮＯｘ吸蔵量が少ないときに比べてリッチ時間ｔＲを長くする必要がある。一方、上述したように、リッチ処理の初期に上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕから流出したＮＯｘは下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄに吸蔵されるので、リッチ処理の初期に上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕから流出したＮＯｘの量である初期ＮＯｘ流出量ＱＮＵＥが多いときには初期ＮＯｘ流出量ＱＮＵＥが少ないときに比べて、下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２のＮＯｘ吸蔵量は多くなる。
【００４３】
そこで本発明による実施例では、初期ＮＯｘ流出量ＱＮＵＥが多いときには初期ＮＯｘ流出量ＱＮＵＥが少ないときに比べてリッチ時間ｔＲを長く設定している。このリッチ時間ｔＲは初期ＮＯｘ流出量ＱＮＵＥの関数として図６に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００４４】
初期ＮＯｘ流出量ＱＮＵＥはリッチ処理が開始される時点での上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕのＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘＲに応じて求められる。すなわち、リッチ処理が開始される時点でのＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘＲが多いときにはＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘＲが少ないときに比べて初期ＮＯｘ流出量が多くなる。初期ＮＯｘ流出量ＱＮＵＥはリッチ処理が開始される時点でのＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘＲの関数として図７に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００４５】
別の実施例では、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕ下流の排気管２１ａ内にＮＯｘセンサが取り付けられ、ＮＯｘセンサからの出力から初期ＮＯｘ流出量が求められる。
【００４６】
図８は本発明による実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを示している。このルーチンは一定時間ごとの割り込みによって実行される。
【００４７】
図８を参照すると、ステップ１００では現在、リッチ処理が行われているか否かが判別される。リッチ処理が行われていないときにはステップ１０１に進み、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕのＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘＵが算出される。続くステップ１０２では上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕのＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘＵが上限値ＭＡＸよりも多いか否かが判別される。ＱＮＯｘＵ≦ＭＡＸのときには処理サイクルを終了する。すなわち、リッチ処理が行われない。ＱＮＯｘＵ＞ＭＡＸのときには次いでステップ１０３に進み、リッチ処理の実行条件が成立しているか否かが判別される。リッチ処理実行条件が成立していないときには処理サイクルを終了する。すなわち、リッチ処理が行われない。リッチ処理実行条件が成立しているときには次いでステップ１０４に進み、上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕからの初期ＮＯｘ流出量ＱＮＥＵが求められる。続くステップ１０５ではリッチ時間ｔＲが設定される。続くステップ１０６ではリッチ処理が開始される。
【００４８】
リッチ処理が開始されるとステップ１００からステップ１０７に進み、リッチ処理が開始されてからリッチ時間ｔＲが経過したか否かが判別される。リッチ時間ｔＲが経過していないときには処理サイクルを終了する。すなわち、リッチ処理が継続される。リッチ処理ｔＲが経過するとステップ１０７からステップ１０８に進み、リッチ処理が終了される。続くステップ１０９では上流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｕのＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘＵがクリアされる。
【００４９】
本発明による別の実施例では、排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタ上に下流側ＮＯｘ吸蔵触媒２２ｄが担持される。
【符号の説明】
【００５０】
１    機関本体
２１    排気管
２２ｕ    上流側ＮＯｘ吸蔵触媒
２２ｄ    下流側ＮＯｘ吸蔵触媒
２３    ＮＯｘ選択還元触媒
【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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