(57)【要約】【課題】  ＮＯX触媒の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合であっても良好に流入排気ガス中のＮＯXを浄化することができる排気浄化装置を提供する。【解決手段】  本発明の排気浄化装置においては機関排気通路内にＮＯX吸蔵剤５５と貴金属触媒５４とを担持するＮＯX吸蔵手段が配置される。ＮＯX吸蔵剤は貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度以上である場合にＮＯX吸蔵放出作用を行う。また、ＮＯX吸蔵手段は、少量担持領域５６と多量担持領域５７とを有し、少量担持領域における単位体積当たりの貴金属触媒の担持量は多量担持領域における単位体積当たりの貴金属触媒の担持量よりも少ない。少量担持領域および多量担持領域はＮＯX吸蔵手段に流入する排気ガスが少量担持領域上を通過してから多量担持領域領域上を通過するように設けられる。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内にＮＯX吸蔵剤と貴金属触媒とを担持するＮＯX吸蔵手段を具備し、上記ＮＯX吸蔵剤は、貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度以上である場合にＮＯX吸蔵手段に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中のＮＯXを吸蔵し、ＮＯX吸蔵手段に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときにはＮＯX吸蔵剤に吸蔵されているＮＯXを放出し、上記ＮＯX吸蔵手段が、少量担持領域と多量担持領域とを有し、上記少量担持領域における単位体積当たりの貴金属触媒の担持量が上記多量担持領域における単位体積当たりの貴金属触媒の担持量よりも少ない内燃機関の排気浄化装置において、
上記少量担持領域および多量担持量域領域は上記ＮＯX吸蔵手段に流入する排気ガスが上記少量担持領域上を通過してから上記多量担持領域上を通過するように設けられる内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記ＮＯX吸蔵手段はＮＯX吸蔵剤と貴金属触媒とを担持する一つのＮＯX触媒を具備し、上記少量担持領域および多量担持領域は上記一つのＮＯX触媒内に設けられる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記少量担持領域が上記ＮＯX触媒の上流側部分に設けられ、上記多量担持領域が上記上流側部分よりも排気下流に位置する上記ＮＯX触媒の下流側部分に設けられる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記ＮＯX触媒は、排気ガスが流入する流入通路と排気ガスが流出する流出通路とを具備し、これら流入通路と流出通路との間には隔壁が設けられると共に上記流入通路に流入した排気ガスは隔壁を通って上記流出通路へ流れるようになっており、上記少量担持領域は上記隔壁の表面上であって流入通路側に設けられ、上記多量担持領域は上記隔壁の表面上であって流出通路側に設けられる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記ＮＯX吸蔵手段は機関排気通路内に直列的に配置された二つのＮＯX触媒を具備し、各ＮＯX触媒はＮＯX吸蔵剤と貴金属触媒とを担持し、上流側に配置された上記ＮＯX触媒に上記少量担持領域が設けられると共に下流側に配置された上記ＮＯX触媒に上記多量担持領域が設けられる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
上記少量担持領域における単位体積当たりの貴金属触媒の担持量が、少なくとも貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度以上であるときの貴金属触媒の酸化・還元能力を考慮したときに最適になるように設定される量よりも少ない請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
貴金属触媒とＮＯX吸蔵剤とを具備するＮＯX吸蔵手段であって、単位体積当たりの貴金属触媒の担持量が少ない少量担持領域と、単位体積当たりの貴金属触媒の担持量が多い多量担持領域とを有するＮＯX吸蔵手段を用いて、排気ガス中に含まれるＮＯXを浄化する内燃機関の排気浄化方法において、
貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合には、ＮＯX吸蔵手段に流入した排気ガスが上記多量担持領域上を通過する前に上記少量担持領域上を通過するようにし、該少量担持領域のＮＯX吸蔵剤にＮＯ2を吸蔵させる内燃機関の排気浄化方法。
【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】
リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯX）を浄化するためのものとして、アルミナからなる担体の表面上にアルカリ金属或いはアルカリ土類金属等からなるＮＯX吸蔵剤の層を形成し、さらに白金のような貴金属触媒を担体表面上に担持したＮＯX触媒が公知である。
【０００３】
ＮＯX触媒に担持されている白金がリーン雰囲気の下で一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）に酸化することができる温度（以下、「ＮＯ酸化開始温度」と称す）にＮＯX触媒の温度が達している場合、ＮＯX触媒に流入する排気ガス（以下、「流入排気ガス」と称す）の空燃比がリーンのときに流入排気ガス中に含まれるＮＯXをＮＯX吸蔵剤内に吸蔵し、流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ（以下、「ストイキ・リッチ」と称す）にされるとＮＯX吸蔵剤に吸蔵されていたＮＯXが放出され、流入排気ガス中に存在する還元剤（例えば、未燃の燃料や一酸化炭素（ＣＯ））により還元される（以下、このようなＮＯX吸蔵剤の作用を「吸放出作用」と称す）。
【０００４】
ここで、ＮＯx吸蔵剤は、リーン雰囲気において排気ガス中の二酸化窒素（ＮＯ2）を吸蔵し、リッチ雰囲気において吸蔵しているＮＯ2を放出する。ＮＯX触媒に流入する排気ガス中にはＮＯXとしてＮＯ2だけでなくＮＯも含まれるが、ＮＯX触媒の温度が白金のＮＯ酸化開始温度以上の場合には白金の酸化作用によりＮＯがＮＯ2に酸化されるため、結果としてＮＯX触媒に流入する排気ガス中に含まれるＮＯもＮＯx吸蔵剤に吸蔵される。
【０００５】
ところが、ＮＯX触媒の温度が白金のＮＯ酸化開始温度よりも低い場合、白金の酸化作用が低く、ＮＯX触媒に流入する排気ガス中のＮＯはＮＯ2に酸化されない。そこで、ＮＯX触媒の排気上流にＮＯ酸化触媒を配置し、ＮＯX触媒の温度が白金のＮＯ酸化開始温度よりも低くても、ＮＯ酸化触媒によって予め機関本体から排出された排気ガス中のＮＯをＮＯ2に酸化しておくことで、ＮＯX触媒によるＮＯXの浄化率を高めようとする排気浄化装置が提案されている（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−８９２４６号公報
【特許文献２】特開２００１−６２２９４号公報
【特許文献３】特開２００３−１３７３２号公報
【特許文献４】特許３３７４９９９号公報
【特許文献５】特開２００１−２８９０３５号公報
【特許文献６】特開２０００−１５７８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、ＮＯX触媒に担持されている白金は、ＮＯX触媒の温度が白金のＮＯ酸化開始温度よりも低い場合には、ＮＯX触媒への流入排気ガス中のＮＯをＮＯ2に酸化できないばかりか、流入排気ガス中のＮＯ2をＮＯに還元してしまう。このため、特許文献１に開示されているように、ＮＯX触媒の排気上流にＮＯ酸化触媒を設けて、ＮＯX触媒への流入排気ガス中のＮＯ2の割合を多くしたとしても、ＮＯX触媒においてＮＯ2がＮＯへ還元されてしまう。その結果、排気ガス中のＮＯXはＮＯx吸蔵剤へ吸蔵されにくくなり、ＮＯX触媒の温度が白金のＮＯ酸化開始温度よりも低い場合におけるＮＯX触媒によるＮＯX浄化率は低いものとなってしまっていた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ＮＯX触媒の温度が貴金属触媒のＮＯ酸化開始温度よりも低い場合であっても良好に流入排気ガス中のＮＯXを浄化することが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】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１の発明では、機関排気通路内にＮＯX吸蔵剤と貴金属触媒とを担持するＮＯX吸蔵手段を具備し、上記ＮＯX吸蔵剤は、貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度以上である場合にＮＯX吸蔵手段に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中のＮＯXを吸蔵し、ＮＯX吸蔵手段に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときにはＮＯX吸蔵剤に吸蔵されているＮＯXを放出し、上記ＮＯX吸蔵手段が、少量担持領域と多量担持領域とを有し、上記少量担持領域における単位体積当たりの貴金属触媒の担持量が上記多量担持領域における単位体積当たりの貴金属触媒の担持量よりも少ない内燃機関の排気浄化装置において、上記少量担持領域および多量担持量域領域は上記ＮＯX吸蔵手段に流入する排気ガスが上記少量担持領域上を通過してから上記多量担持領域上を通過するように設けられる。
貴金属触媒の酸化・還元能力が高いと、貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合に、すなわち貴金属触媒を担持しているＮＯX吸蔵手段の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合に、貴金属触媒によりＮＯX吸蔵手段に流入する排気ガス中のＮＯ2がＮＯに還元されてしまう。ＮＯX吸蔵剤はＮＯ2のみしか吸蔵することができないため、このように還元されたＮＯを吸蔵できず、よってＮＯX吸蔵手段のＮＯX浄化能力が低下してしまう。第１の発明によれば、単位体積当たりの貴金属触媒の担持量が少ない少量担持領域が設けられる。貴金属触媒の担持量が少ないと、ＮＯX吸蔵剤の塩基性が強いことにより貴金属触媒の活性が弱められ、よって酸化・還元能力が低いものとされる。このため少量担持領域では貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合において貴金属触媒によるＮＯ2からＮＯへの還元が抑制され、ＮＯX吸蔵剤へＮＯ2を吸蔵させることができるため、ＮＯX吸蔵手段のＮＯX浄化能力の低下を抑制することができる。また、排気ガスは多量担持領域上を通過する前に少量担持領域上を通過するため、排気ガスが少量担持領域上を通過する前に多量担持領域でＮＯ2がＮＯに還元されてしまうことが防止される。
また、少量担持領域においては、貴金属触媒の温度、すなわちＮＯX吸蔵手段の温度がＮＯ酸化開始温度以上であってＮＯX吸蔵手段に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときに、ＮＯX吸蔵剤から放出されるＮＯXをＮ2に還元させる還元能力が高くなく、少量担持領域の排気下流にＮＯXが流れてしまう。しかし、第１の発明によれば、少量担持領域上を通過したＮＯXを含んだ排気ガスは多量担持領域上を通過するため、この多量担持領域において少量担持領域で還元されなかったＮＯXをＮ2に還元することができる。
【００１０】
第２の発明では、第１の発明において、上記ＮＯX吸蔵手段はＮＯX吸蔵剤と貴金属触媒とを担持する一つのＮＯX触媒を具備し、上記少量担持領域および多量担持領域は上記一つのＮＯX触媒内に設けられる。
【００１１】
第３の発明では、第２の発明において、上記少量担持領域が上記ＮＯX触媒の上流側部分に設けられ、上記多量担持領域が上記上流側部分よりも排気下流に位置する上記ＮＯX触媒の下流側部分に設けられる。
【００１２】
第４の発明では、第２の発明において、上記ＮＯX触媒は、排気ガスが流入する流入通路と排気ガスが流出する流出通路とを具備し、これら流入通路と流出通路との間には隔壁が設けられると共に上記流入通路に流入した排気ガスは隔壁を通って上記流出通路へ流れるようになっており、上記少量担持領域は上記隔壁の表面上であって流入通路側に設けられ、上記多量担持領域は上記隔壁の表面上であって流出通路側に設けられる。
【００１３】
第５の発明では、第１の発明において、上記ＮＯX吸蔵手段は機関排気通路内に直列的に配置された二つのＮＯX触媒を具備し、各ＮＯX触媒はＮＯX吸蔵剤と貴金属触媒とを担持し、上流側に配置された上記ＮＯX触媒に上記少量担持領域が設けられると共に下流側に配置された上記ＮＯX触媒に上記多量担持領域が設けられる。
【００１４】
第６の発明では、第１〜第５のいずれか一つの発明において、上記少量担持領域における単位体積当たりの貴金属触媒の担持量が、少なくとも貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度以上であるときの貴金属触媒の酸化・還元能力を考慮したときに最適になるように設定される量よりも少ない。
【００１５】
上記課題を解決するために、第７の発明では、貴金属触媒とＮＯX吸蔵剤とを具備するＮＯX吸蔵手段であって、単位体積当たりの貴金属触媒の担持量が少ない少量担持領域と、単位体積当たりの貴金属触媒の担持量が多い多量担持領域とを有するＮＯX吸蔵手段を用いて、排気ガス中に含まれるＮＯXを浄化する内燃機関の排気浄化方法において、貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合には、ＮＯX吸蔵手段に流入した排気ガスが上記多量担持領域上を通過する前に上記少量担持領域上を通過するようにし、該少量担持領域のＮＯX吸蔵剤にＮＯ2を吸蔵させる。
第７の発明によれば、少量担持領域では貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合において貴金属触媒によるＮＯ2からＮＯへの還元が抑制される。このため、貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合にＮＯ2をＮＯへ還元してしまう多量担持領域上を排気ガスが通過する前に少量担持領域上を通過することにより、少量担持領域のＮＯX吸蔵剤にＮＯ2を吸蔵させることができるため、ＮＯX吸蔵手段のＮＯX浄化能力の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
第１〜第６の発明によれば、貴金属触媒の温度、すなわちＮＯX吸蔵手段の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合に少量担持領域で流入排気ガス中のＮＯ2をＮＯX吸蔵剤に吸蔵させることができ且つ貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度以上の場合に多量担持領域においてＮＯX吸蔵剤から放出されたＮＯXを還元することができるため、ＮＯX吸蔵手段の温度が貴金属触媒のＮＯ酸化開始温度以上である場合のＮＯX吸蔵手段のＮＯX浄化能力を維持しつつ、ＮＯX吸蔵手段の温度が貴金属触媒のＮＯ酸化開始温度よりも低い場合であっても良好に流入排気ガス中のＮＯXを浄化することができる。
第７の発明によれば、貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合においてもＮＯX吸蔵手段のＮＯX浄化能力の低下を抑制することができ、良好に流入排気ガス中のＮＯXを浄化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明を圧縮自着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００１８】
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内にそれぞれ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７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口はエアクリーナ８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９が配置され、さらに吸気ダクト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１０が配置される。図１に示した実施例では機関冷却水が冷却装置１０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、排気タービン７ｂの出口はＮＯX触媒１１を内蔵したケーシング１２に連結される。排気マニホルド５の集合部出口には排気マニホルド５内を流れる排気ガス中に例えば炭化水素からなる還元剤を添加するための還元剤添加弁１３が配置される。
【００１９】
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１４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１４内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１５が配置される。また、ＥＧＲ通路１４周りにはＥＧＲ通路１４内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置１６が配置される。図１に示した実施例では機関冷却水が冷却装置１６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１７を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール１８に連結される。このコモンレール１８内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１９から燃料が供給され、コモンレール１８内に供給された燃料は各燃料供給管１７を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００２０】
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。ＮＯX触媒１１にはＮＯX触媒１１の温度を検出するための温度センサ２０が取付けられ、この温度センサ２０の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。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。さらに入力ポート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９駆動用ステップモータ、還元剤添加弁１３、ＥＧＲ制御弁１５、および燃料ポンプ１９に接続される。
【００２１】
図２（Ａ）および（Ｂ）に図１に示すＮＯX触媒１１の構造を示す。なお、図２（Ａ）はＮＯX触媒１１の正面図を示しており、図２（Ｂ）はＮＯX触媒１１の側面断面図を示している。図２（Ａ）および（Ｂ）に示したようにＮＯX触媒１１はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０を具備し、これら排気流通路５０は隔壁５１により画成されている。
【００２２】
ＮＯX触媒１１の隔壁５１の基体５２は例えばコージェライト等から形成され、この基体５２上には例えばアルミナからなる担体５３が設けられる。図３（Ａ）、（Ｂ）はこの担体５３の表面部分の断面を図解的に示している。図３（Ａ）、（Ｂ）に示されるように担体５３の表面上には貴金属触媒５４が分散して担持されており、さらに担体５３の表面上にはＮＯX吸蔵剤５５の層が形成されている。
【００２３】
本実施形態では貴金属触媒５４として白金（Ｐｔ）が用いられており、ＮＯX吸蔵剤５５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ている。
【００２４】
機関吸気通路、燃焼室２およびＮＯX触媒１１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、ＮＯX吸蔵剤５５は、貴金属触媒５４の温度が後述するＮＯ酸化開始温度以上であれば、すなわちＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上であればＮＯX触媒に流入する排気ガス（以下、「流入排気ガス」と称す）の空燃比がリーンのときにはＮＯXを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯXを放出するＮＯXの吸放出作用を行う。
【００２５】
ＮＯX吸蔵剤５５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、流入排気ガスの空燃比がリーンのとき、すなわち流入排気ガス中の酸素濃度が高いときには白金５４の温度がＮＯ酸化開始温度以上であれば流入排気ガス中に含まれるＮＯは図３（Ａ）に示したように白金５４上において酸化されてＮＯ2となり、次いでＮＯX吸蔵剤５５内に吸収されて酸化バリウム（ＢａＯ）と結合しながら硝酸イオン（ＮＯ3-）の形でＮＯX吸蔵剤５５内に拡散する。このようにしてＮＯXがＮＯX吸蔵剤５５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５４の表面でＮＯ2が生成され、ＮＯX吸蔵剤５５のＮＯ2吸収能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯX吸蔵剤５５内に吸収されて硝酸イオン（ＮＯ3-）が生成される。
【００２６】
これに対し、燃焼室２内における空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチ（以下、「ストイキ・リッチ」と称す）にすることによって、または還元剤供給弁１３から還元剤を供給することによって流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにすると流入排気ガス中の酸素濃度が低下するため反応が逆方向（ＮＯ3-→ＮＯ2）に進み、これによりＮＯX吸蔵剤５５内の硝酸イオン（ＮＯ3-）がＮＯ2の形でＮＯX吸蔵剤５５から放出される。次いで放出されたＮＯXは流入排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ、ＣＯによって還元される。なお、上記説明では、ＮＯXはＮＯX吸蔵剤５５に吸収される（すなわち、硝酸塩等の形で蓄積する）ものとして説明しているが、実際にはＮＯXは吸収されているのか吸着（すなわち、ＮＯXをＮＯ2等の形で表面吸着する）しているのかは必ずしも明確ではなく、これら吸収および吸着の両概念を含む吸蔵という用語を用いる。本明細書では、特に、ＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上であるときに行われる吸蔵を「高温吸蔵」と称する。また、ＮＯX吸蔵剤５５からの「放出」という用語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。
【００２７】
ところで白金５４によるＮＯからＮＯ2への酸化能力（以下、「ＮＯ酸化能力」と称す）は温度によって変化し、白金５４の温度が低いとそのＮＯ酸化能力も低い。このため、図３に示したように、ＮＯX触媒１１の温度が低下すると、白金５４によるＮＯからＮＯ2への酸化率（以下、「ＮＯ酸化率」と称す）が低下する。本実施形態では、ＮＯX触媒１１の温度がほぼ２５０℃よりも低くなるとＮＯ酸化率は急速に低下し、ＮＯX触媒１１の温度がほぼ２００℃になるとＮＯ酸化率がほぼ５０パーセントとなる。本実施形態ではＮＯ酸化率がほぼ５０パーセントになったときのＮＯX触媒１１の温度をＮＯ酸化開始温度（ほぼ２００℃（＝Ｔｓ））とする。
【００２８】
さて、流入排気ガス中のＮＯXは一酸化窒素（ＮＯ）の形ではＮＯX吸蔵剤５５に吸蔵されず、二酸化窒素（ＮＯ2）の形であればＮＯX吸蔵剤５５に吸蔵される。流入排気ガス中に含まれるＮＯXには通常ＮＯ2だけでなくＮＯも多く含まれ、このＮＯはＮＯ2に酸化されないとＮＯX吸蔵剤５５に吸収されない。ＮＯX触媒１１でＮＯをＮＯ2に酸化するには貴金属触媒５４の温度がＮＯ酸化開始温度以上となっていることが必要であり、したがってこれまでＮＯXを浄化するためには貴金属触媒５４の温度がＮＯ酸化開始温度以上となっていることが必要であると考えられてきた。
【００２９】
ところが、このＮＯX触媒１１について本発明者が研究を重ねた結果、流入排気ガス中に含まれるＮＯは白金５４の温度がＮＯ酸化開始温度以上とならないと、すなわちＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上とならないとＮＯX吸蔵剤５５に吸蔵されないが、流入排気ガス中に含まれるＮＯ2はＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上となっていなくても図３（Ｂ）に示したように例えば亜硝酸（ＮＯ2-）の形でＮＯX吸蔵剤５５に吸蔵されることが判明したのである。なお、この場合も、ＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上となっている場合と同様に、二酸化窒素ＮＯ2はＮＯX吸蔵剤５５に吸着するのか、あるいはＮＯX吸蔵剤５５内に吸収されるのかは必ずしも明確ではなく、これら吸着と吸収とを合わせた「吸蔵」という用語を用いる。本明細書では、特に、ＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低いときに行われる吸蔵を「低温吸蔵」と称する。
【００３０】
なお、ＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低いときにＮＯX吸蔵剤５５に亜硝酸（ＮＯ2-）として吸蔵されたＮＯ2は、ＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上にまで上昇すると、硝酸イオン（ＮＯ3-）に変化せしめられ、斯くして硝酸イオン（ＮＯ3-）の形でＮＯX吸蔵剤５５内に吸蔵されることになる。
【００３１】
ところで、白金５４の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合、白金の活性が高いと、すなわち白金の酸化・還元能力が高いと、白金５４はＮＯをＮＯ2に酸化することができないだけでなく、ＮＯ2をＮＯに還元してしまう。したがって、このような場合にＮＯX触媒における白金５４の活性が高いと、ＮＯX触媒に流入した排気ガス中のＮＯ2はＮＯX吸蔵剤５５に低温吸蔵される前に白金５４によってＮＯに還元されてしまう。還元されたＮＯは、ＮＯX吸蔵剤５５には吸蔵されず、よってＮＯを多量に含む排気ガスがＮＯX触媒から流出してしまうこととなる。
【００３２】
そこで、白金５４の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合にＮＯX吸蔵剤のＮＯ2の低温吸蔵能力を高めるためには、白金の活性を弱くして、このような場合における白金によるＮＯ2からＮＯへの還元能力を低くすることが必要である。
【００３３】
一方、従来型のＮＯX触媒では、ＮＯ酸化開始温度以上である場合に流入排気ガスの空燃比がリーンであるときに流入排気ガス中のＮＯをＮＯ2に最適に酸化してＮＯX吸蔵剤にＮＯXが吸蔵され易いようにすると共に流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチであるときにＮＯX吸蔵剤から放出されたＮＯXをＮ2に還元し易いように、白金の活性の強さ、すなわち白金の酸化・還元能力が設定されている。すなわち、従来型ＮＯX触媒では、白金の酸化・還元能力は白金の温度がＮＯ酸化開始温度以上であるときにおいてＮＯX触媒への流入排気ガス中のＮＯXを吸蔵・還元するのに最適になるように設定されている。このように白金の酸化・還元能力を設定した場合には、当然、白金５４の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合においても白金の酸化・還元能力は高く、ＮＯX触媒に流入した排気ガス中のＮＯ2がＮＯへ還元され、その結果、白金５４の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合におけるＮＯXの浄化率は低いものとなってしまっていた。
【００３４】
そこで、本実施形態では、図４に示したように、ＮＯX吸蔵剤５５および貴金属触媒５４を担持したＮＯX触媒１１の担体５３の下流側部分５７を、上述した従来のＮＯX触媒１１と同程度に白金の活性の強い領域、すなわち従来型ＮＯX触媒と同程度に白金の酸化・還元能力の高い領域（以下、「高酸化・還元能領域」と称す）とすると同時に、ＮＯX吸蔵剤５５および貴金属触媒５４を担持したＮＯX触媒１１の担体５３の上流側部分５６を、高酸化・還元能領域よりも白金の活性の弱い領域、すなわち高酸化・還元能領域よりも白金の酸化・還元能力の低い領域（以下、「低酸化・還元能領域」と称す）としている。したがって、上記ＮＯX触媒１１に流入する排気ガスは、低酸化・還元能領域５６上を通過してから高酸化・還元能領域５７上を通過することとなる。
【００３５】
ここで、ＮＯX吸蔵剤５５は塩基性であり、白金５４に対してその塩基性が強いほど、白金５４の活性が弱められる。逆に言えば、ＮＯX吸蔵剤５５の種類および担持量を一定とした場合、単位体積当たりの白金５４の担持量が少ないほど白金５４の活性が弱められる。そこで、本実施形態のＮＯX触媒１１では、低酸化・還元能領域５６における単位体積当たりの白金の担持量を、高酸化・還元能領域５７おける単位体積当たりの白金の担持量よりも少ないものとしている。具体的には、高酸化・還元能領域（多量担持領域）５７における単位体積当たりの白金５４の担持量が従来型ＮＯX触媒と同様に２ｇ／ｌよりも多いのに対して、低酸化・還元能領域（少量担持領域）５６における単位体積当たりの白金５４の担持量が２ｇ／ｌ以下とされる。
【００３６】
このように形成された低酸化・還元能領域５６では、ＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合、白金５４の活性が弱く、白金によるＮＯ2からＮＯへの還元が行われにくくなるため、低酸化・還元能領域５６を流通する排気ガス中のＮＯ2はＮＯX吸蔵剤５５に確実に吸蔵されるようになる。このため、ＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合におけるＮＯX触媒１１によるＮＯX浄化能力が高められる。
【００３７】
この様子を図５に示す。図５は、ＮＯX触媒の温度が１５０℃である場合において、白金５４の担持量が５ｇ／ｌである従来のＮＯX触媒（図中の触媒Ａ）のＮＯX浄化率（流出排気ガス中のＮＯX量／流入排気ガス中のＮＯX量）と、本実施形態のＮＯX触媒１１（図中の触媒Ｂ）のＮＯX浄化率とを比較したものである。図５から分かるように、ＮＯX触媒の温度が１５０℃である場合、すなわちＮＯ酸化開始温度よりも低い場合、本実施形態のＮＯX触媒１１（触媒Ｂ）のＮＯX浄化率は、触媒ＡのＮＯX浄化率よりも高い。
【００３８】
また、ＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上となった場合、流入排気ガスの空燃比がリーンのときには、低酸化・還元能領域５６および高酸化・還元能領域５７のどちらにおいても流入排気ガス中のＮＯXをＮＯX吸蔵剤５５に吸蔵することができる。高酸化・還元能領域５７においては、白金５４の酸化能力が高いため、排気ガス中のＮＯをＮＯ2に酸化してＮＯX吸蔵剤５５にＮＯ2を吸蔵させることができ、また、低酸化・還元能領域５６においても排気ガス中のＮＯの多くをＮＯ2に酸化するのに十分な白金５４の酸化能力が発揮されるため、全ての領域が高酸化・還元能領域５７となっている従来型ＮＯX触媒と同様に、流入排気ガス中のＮＯXをＮＯX吸蔵剤５５に吸蔵することが可能である。
【００３９】
この様子を図６に示す。図６は、ＮＯX触媒の温度が３００℃である場合において、図５に示した触媒ＡのＮＯX浄化率と、本実施形態のＮＯX触媒１１（図５に示した触媒Ｂと同じ）のＮＯX浄化率とを比較したものである。図６から分かるように、ＮＯX触媒の温度が３００℃である場合、すなわちＮＯX触媒の温度がＮＯ酸化開始温度以上である場合においても、本実施形態のＮＯX触媒１１（触媒Ｂ）のＮＯX浄化率は、従来型ＮＯX触媒（触媒Ａ）のＮＯX浄化率と同程度であることが分かる。
【００４０】
一方、ＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上となった場合、流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチとされると、ＮＯX吸蔵剤５５に吸蔵されているＮＯ2がＮＯX吸蔵剤５５から放出される。低酸化・還元能領域５６では、上述したように高酸化・還元能領域５７よりも白金５４の活性が弱く、ＮＯX吸蔵剤５５から放出されるＮＯXをＮ2に還元する還元能力は高くない。このため、上述したように流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチとされると、多少のＮＯを含んだ排気ガスがＮＯX触媒１１の低酸化・還元能領域５６から排気下流へ流れてしまう。
【００４１】
しかしながら、本実施形態のＮＯX触媒１１では、低酸化・還元能領域５６の排気下流に高酸化・還元能領域５７が設けられている。このため、ＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上となっている場合、流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチとされると、ＮＯX触媒１１の低酸化・還元能領域５６上を通過したＮＯを含んだ排気ガスは高酸化・還元能領域５７上を通過する。ＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上となっている場合、高酸化・還元能領域５７におけるＮＯXからＮ2への還元能力は高く、よって低酸化・還元能領域５６上から高酸化・還元能領域５７上へと流れる排気ガス中に含まれるＮＯXはＮ2へ還元される。したがって、本実施形態によれば、ＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上となっている場合、流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチとされると、低酸化・還元能領域５６および高酸化・還元能領域５７におけるＮＯX吸蔵剤５５からＮＯXが放出され、放出されたＮＯXは良好にＮ2に還元、浄化される。
【００４２】
このように、本発明のＮＯX触媒１１によれば、ＮＯX触媒１１の温度が貴金属触媒５４のＮＯ酸化開始温度以上である場合におけるＮＯXの浄化能力を維持しつつ、ＮＯX触媒１１の温度が貴金属触媒５４のＮＯ酸化開始温度よりも低い場合におけるＮＯXの浄化能力を高めることができる。
【００４３】
なお、上記実施形態では、低酸化・還元能領域５６における単位体積当たりの白金５４の担持量を、高酸化・還元能領域５７おける単位体積当たりの白金５４の担持量よりも少なくすることで、低酸化・還元能領域５６における白金５４の酸化・還元能力を低くすることとしているが、ＮＯX吸蔵剤５５の塩基性を強くすることによって白金５４の酸化・還元能力を低くしてもよい。ＮＯX吸蔵剤５５の塩基性を強めるには、単位体積当たりの担体５３へのＮＯX吸蔵剤５５の担持量を多くすること、およびＮＯX吸蔵剤５５として用いられる物質により塩基性の強い物質、例えばセシウム（Ｃｓ）、カリウム（Ｋ）やナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属等を用いることが挙げられる。
【００４４】
ところで、ＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い状態、またはＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上であって流入排気ガスの空燃比がリーンの状態が継続すると、その間にＮＯX吸蔵剤５５のＮＯX吸蔵容量が飽和してしまい、それ以上ＮＯX吸蔵剤５５によってＮＯXを吸蔵することができなくなってしまう。そこで本実施形態では、ＮＯX吸蔵剤５５のＮＯX吸蔵容量が飽和する前に、還元剤添加弁１３から還元剤を添加することによって流入排気ガスの空燃比を一時的にストイキ・リッチにし、それによってＮＯX吸蔵剤５５からＮＯXを放出させるようにしている（ＮＯX放出処理）。
【００４５】
より詳細には、本実施形態では、ＮＯX触媒１１のＮＯX吸蔵剤５５に吸蔵されている吸蔵ＮＯX量ΣＮＯＸが算出され、算出された吸蔵ＮＯX量ΣＮＯＸが予め定められた許容値ＮＸを越えているときであって、ＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上となっているときに流入排気ガスの空燃比がリーンからストイキ・リッチに切換えられ、それによってＮＯX吸蔵剤５５からＮＯXが放出される。
【００４６】
単位時間当りに機関本体１から排出されるＮＯX量は燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎの関数であり、従って単位時間当りにＮＯX触媒への流入排気ガス中の流入ＮＯX量ＮＯＸＡは燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎの関数となる。本実施例では燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎに応じた単位時間当りの流入ＮＯX量ＮＯＸＡが予め実験により求められ、この流入ＮＯX量ＮＯＸＡが燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００４７】
一方、ＮＯX吸蔵剤５５へのＮＯX吸蔵率ＫＮはＮＯX触媒１１の温度Ｔｃに応じて変わる。そこで本実施形態では、ＮＯX吸蔵率ＫＮとＮＯX触媒の温度Ｔｃとの関係が予め実験により求められ、マップとして予めＲＯＭ３２内に記憶されている。ＮＯX吸蔵剤５５への単位時間当たりのＮＯX吸蔵量はＮＯＸＡとＫＮとの積で表わされる。
【００４８】
一方、ＮＯX触媒１１の温度ＴｃがＮＯ酸化開始温度よりも低い場合、上述したように流入排気ガス中のＮＯ2のみがＮＯX吸蔵剤に吸蔵される。このため、このような場合には、流入排気ガス中のＮＯXのうちＮＯの割合を減らすと共に、ＮＯ2の割合を増大することが好ましい。そこで、本実施形態ではＮＯX触媒１１の温度ＴｃがＮＯ酸化開始温度よりも低い場合には、リーン空燃比のもとで燃焼を行ったときに発生するＮＯに対するＮＯ2の割合を、ＮＯX触媒１１の温度ＴｃがＮＯ酸化開始温度以上である場合において同一の機関運転状態、即ち同一回転数、同一トルクにあるときのＮＯ2の割合（＝ＮＯ2の量／ＮＯの量）に比べて増大させるようにしている（ＮＯ2割合増大処理）。
【００４９】
このＮＯ2の割合は、緩慢な燃焼を行わせると増大することが判明しており、例えば燃料噴射時期を遅角するか、ＥＧＲガス量を増大するか、パイロット噴射を行うか、又は予混合気燃焼を行うかの少なくともいずれか一つを行うと燃焼が緩慢となる。そこで本実施形態では、ＮＯX触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低いときにはＮＯ2割合増大処理として同一の機関運転状態における他の温度領域に比べて緩慢な燃焼を行わせるようにしている。
【００５０】
また、ＮＯX触媒１１の温度ＴｃがＮＯ酸化開始温度よりも低い場合でも、ＮＯ2がＮＯX吸蔵剤５５に吸蔵されるため、ＮＯX触媒５０のＮＯX吸蔵量が増大する。この場合、単位時間当たりのＮＯX吸蔵量は機関本体１から排出される排気ガス中のＮＯ2量に応じて変わる。機関本体１から排出される排気ガス中のＮＯ2量は燃料噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎに加えてＥＧＲ率（吸入ガス中に占めるＥＧＲガスの割合）や噴射時期の遅角量等の関数である。本実施形態では、これらパラメータに応じた単位時間当りのＮＯ2吸蔵量ＮＯ２Ａが予め実験により求められ、マップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。そして、ＮＯX触媒１１の温度ＴｃがＮＯ酸化開始温度よりも低いときには、上述した単位時間当たりのＮＯX吸蔵量ＮＯＸＡ・ＫＮの代わりに単位時間当たりのＮＯ2吸蔵量ＮＯ２Ａが吸蔵ＮＯX量ΣＮＯＸに加算される。
【００５１】
図７は、ＮＯX触媒１１のＮＯX浄化能力を最適に維持するための制御ルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。
【００５２】
図７を参照すると、まずステップ１０１ではＮＯX放出フラグＸＮがセットされているか否かが判定される。このＮＯX放出フラグＸＮはＮＯX放出処理を実行すべきときにセットされ（ＸＮ＝１）、それ以外はセットされない（ＸＮ＝０）フラグである。ＮＯX放出フラグＸＮがセットされていないと判定されたときにはステップ１０２へと進み、温度センサ２０によってＮＯX触媒１１の温度Ｔｃが検出される。次いで、ステップ１０３において、ステップ１０２で検出されたＮＯX触媒１１の温度ＴｃがＮＯ酸化開始温度Ｔｓよりも低いか否かが判定される。ステップ１０３において、ＮＯX触媒１１の温度ＴｃがＮＯ酸化開始温度Ｔｓよりも低い（Ｔｃ＜Ｔｓ）と判定された場合には、ステップ１０４へと進む。
【００５３】
ステップ１０４では、ＮＯ2割合増大処理が実行され、例えば燃料噴射時期を遅角するか、ＥＧＲガス量を増大するか、パイロット噴射を行うか、又は予混合気燃焼を行うかの少なくともいずれか一つが行われる。次いでステップ１０５では、上述したマップにより単位時間当たりのＮＯ2吸蔵量ＮＯ２Ａが算出される。ステップ１０６では、ステップ１０５で算出された単位時間当たりのＮＯ2吸蔵量ＮＯ２ＡがΣＮＯＸに加算され、ＮＯX吸蔵量の積算値ΣＮＯＸが算出される。
【００５４】
一方、ステップ１０３において、ＮＯX触媒１１の温度ＴｃがＮＯ酸化開始温度Ｔｓ以上である（Ｔｃ≧Ｔｓ）と判定された場合には、ステップ１０７へと進む。ステップ１０７では、上述したマップからそれぞれ単位時間当たりの流入ＮＯX量ＮＯＸＡおよびＮＯX吸蔵率ＫＮが算出される。次いで、ステップ１０８では、ステップ１０７で算出された単位時間当たりのＮＯX吸蔵量ＮＯＸＡ・ＫＮをΣＮＯＸに加算することによってＮＯX吸蔵量の積算値ΣＮＯＸが算出される。次いでステップ１０９ではＮＯX吸収量の積算値ΣＮＯＸが許容値ＮＸを越えたか否かが判定される。ΣＮＯＸ≦ＮＸのときには制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ΣＮＯＸ＞ＮＸのときにはステップ１１０においてＮＯXフラグＸＮがセットせしめられる（ＸＮ＝１）。ＮＯX放出フラグＸＮがセットされると次回のルーチン実行時においてステップ１０１からステップ１１１へと進み、ＮＯX放出処理が実行せしめられる。
【００５５】
図８は、図７のステップ１１１で行われるＮＯX放出処理の処理ルーチンを示している。
【００５６】
図８を参照すると、まず初めにステップ１２１において流入排気ガスの空燃比を例えば１３程度のリッチ空燃比とするのに必要な還元剤の供給量が算出される。次いでステップ１２２では還元剤の供給時間が算出される。この還元剤の供給時間は通常１０秒以下である。次いでステップ１２３では還元剤供給弁１３からの還元剤の供給が開始される。次いでステップ１２４ではステップ１２２において算出された還元剤の供給時間が経過したか否かが判定される。還元剤の供給時間が経過していないときにはステップ１２４が繰り返される。このとき還元剤の供給が続行され、流入排気ガスの空燃比が１３程度のリッチ空燃比に維持される。これに対し、還元剤の供給時間が経過したとき、すなわちＮＯX吸蔵剤５５からのＮＯX放出作用が完了したときにはステップ１２５に進んで還元剤の供給が停止され、次いでステップ１２６に進んでΣＮＯＸがクリアされ、ステップ１２７でＮＯX放出フラグＸＮがリセットされる（ＸＮ＝０）。
【００５７】
なお、ＮＯX放出処理においては、還元剤供給弁１３から還元剤を供給することによって流入排気ガスの空燃比を一時的にストイキ・リッチにすると説明したが、本実施形態のように圧縮自着火式内燃機関を用いた場合、通常、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合は非常に大きく、したがって流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにするためには多量の還元剤を還元剤供給弁１３から供給しなければならない。そこで、本実施形態では、例えば、多量のＥＧＲガスを燃焼室２に導入することや、ポスト噴射を行うことで、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合を比較的小さくし、これに還元剤添加弁１３から還元剤を添加している。
【００５８】
次に図１に示したＮＯX触媒１１がパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」と称す）からなる第二実施形態について説明する。
【００５９】
図９（Ａ）および（Ｂ）にこのフィルタ１１の構造を示す。なお、図９（Ａ）はフィルタ１１の正面図を示しており、図９（Ｂ）はフィルタ１１の側面断面図を示している。図９（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにフィルタ１１はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路６０、６１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓６２により閉塞された排気ガス流入通路６０と、上流端が栓６３により閉塞された排気ガス流出通路６１とにより構成される。なお、図９（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓６３を示している。したがって排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は薄肉の隔壁６４を介して交互に配置される。
【００６０】
フィルタ１１の隔壁６４の基体６５は例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、したがって排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは図９（Ｂ）において矢印で示したように周囲の隔壁６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出する。
【００６１】
このようにＮＯX触媒１１をパティキュレートフィルタから構成した場合には、各排気ガス流入通路６０および各排気ガス流出通路６１の周壁面、すなわち各隔壁６４の基体６５の両側表面上にはアルミナからなる担体６６、６７の層が形成されており、図３（Ａ）、（Ｂ）に示したようにこの担体６６、６７上には貴金属触媒５４とＮＯX吸蔵剤５５とが担持されている。なお、この場合も貴金属触媒５４として白金が用いられている。
【００６２】
図１０は、図９（Ｂ）内の点線Ｘに囲われた部分を図解的に示す図である。図１０から分かるように、排気ガス流入通路６０の周壁面上の担体６６、すなわち排気ガス流入通路６０に面する隔壁６４の基体６５上の担体６６を低酸化・還元能領域とし、排気ガス流出通路６１の周壁面の担体６７、すなわち排気ガス流出通路に面する隔壁６４の基体６４上の担体６８を高酸化・還元能領域としている。具体的には、本実施形態では、排気ガス流入通路６０の周壁面上の担体６６に担持される白金５４の単位体積当たりの担持量を、排気ガス流出通路６１の周壁面上の担体６７に担持される白金５４の単位体積当たりの担持量よりも少ないものとしているが、担体６６に担持されるＮＯX吸蔵剤５５の塩基性を担体６７に担持されるＮＯX吸蔵剤５５の塩基性よりも強いもとするようにしてもよい。
【００６３】
上述したように、排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは図１０において矢印で示したように周囲の隔壁６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出するため、フィルタ１１に流入した排気ガスは排気ガス流入通路６０の周壁面上に設けられた低酸化・還元能領域６６上を通過した後に排気ガス流出通路６１の周壁面上に設けられた高酸化・還元能領域６７上を通過する。したがって、第一実施形態の排気浄化装置と同様に、フィルタ１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上である場合には、流入排気ガスの空燃比がリーンのときに流入排気ガス中のＮＯXが低酸化・還元能領域６６および高酸化・還元能領域６７にあるＮＯX吸蔵剤に吸蔵されると共に流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチのときに低酸化・還元能領域６６および高酸化・還元能領域６７にあるＮＯX吸蔵剤からＮＯXが放出され、これら両領域、特に高酸化・還元能領域６７に存在する白金５４により放出されたＮＯXがＮ2に還元される。一方、フィルタ１１の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合には、主に低酸化・還元能領域６６において流入排気ガス中のＮＯ2がＮＯX吸蔵剤５５に吸蔵される。なお、この場合にも図７および図８に示すＮＯX触媒１１のＮＯX浄化能力維持制御と同様のＮＯX浄化能力維持制御が行われる。
【００６４】
また、ＮＯX触媒１１をパティキュレートフィルタから構成した場合には、流入排気ガス中に含まれる粒子状物質がフィルタ１１内に捕獲され、捕獲された粒子状物質は排気ガス熱によって順次燃焼せしめられる。多量の粒子状物質がフィルタ１１上に推積した場合には、機関本体１から排出される排気ガスの温度を高くしたり、還元剤供給弁１３から還元剤を供給してフィルタ１１で燃焼させたりして、フィルタ１１を昇温することで、推積したパティキュレートが着火燃焼せしめられる。
【００６５】
図１１は、本発明の第三実施形態の排気浄化装置を示す。図１１に示したように、第三実施形態においては、ＮＯX吸蔵手段として機関排気通路上に二つのＮＯX触媒７０、７２が設けられている。すなわち、排気タービン７ｂの出口が上流側ＮＯX触媒７０を内蔵したケーシング７１に連結され、上流側ＮＯX触媒７０の排気下流には下流側ＮＯX触媒７２を内蔵したケーシング７３が連結される。いずれのＮＯX触媒７０、７２も、第一実施形態のＮＯX触媒１１と同様に、基体５２上にアルミナ等の担体５３が設けられ、担体５３の表面上には貴金属触媒５４およびＮＯX吸蔵剤５５が担持されている。
【００６６】
一方、第一実施形態のＮＯX触媒１１と異なり、上流側ＮＯX触媒７０の担体は全てが低酸化・還元能領域となっており、下流側ＮＯX触媒７２の担体は全てが高酸化・還元能領域となっている。本実施形態では、上流側ＮＯX触媒７０の担体に担持される貴金属触媒の単位体積当たりの担持量を、下流側ＮＯX触媒７２の担体に担持される貴金属触媒の単位体積当たりの担持量よりも少ないものとしているが、上流側ＮＯX触媒７０の担体に担持されるＮＯX吸蔵剤５５の塩基性を下流側ＮＯX触媒７２の担体に担持されるＮＯX吸蔵剤５５の塩基性よりも強いもとするようにしてもよい。
【００６７】
機関本体１から排出された排気ガスは、上流側ＮＯX触媒７０を通過した後に下流側ＮＯX触媒７２に流入する。すなわち、本実施形態では、排気ガスは上流側ＮＯX触媒７０に設けられた低酸化・還元能領域上を通過してから下流側ＮＯX触媒７２に設けられた高酸化・還元能領域に流入する。したがって、第一実施形態の排気浄化装置と同様に、両ＮＯX触媒７０、７２の温度がＮＯ酸化開始温度以上である場合には、上流側ＮＯX触媒７０への流入排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯXが上流側ＮＯX触媒７０および下流側ＮＯX触媒７２に担持されたＮＯX吸蔵剤５５に吸蔵されると共に、上流側ＮＯX触媒７０への流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチのときに上流側ＮＯX触媒７０および下流側ＮＯX触媒７２に設けられたＮＯX吸蔵剤からＮＯXが放出され、これら両ＮＯX触媒７０、７２、特に下流側ＮＯX触媒７２に存在する白金５４により上記放出されたＮＯXがＮ2に還元される。一方、両ＮＯX触媒７０、７２の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合には、主に上流側ＮＯX触媒７０において流入排気ガス中のＮＯ2がＮＯX吸蔵剤５５に吸蔵される。なお、この場合にも図７および図８に示すＮＯX触媒１１のＮＯX浄化能力維持制御と同様のＮＯX浄化能力維持制御が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】内燃機関全体を示す図である。
【図２】ＮＯX触媒の構成を説明するための図である。
【図３】ＮＯX触媒によるＮＯX浄化作用を示す図である。
【図４】図２の破線ＩＶ内を図解的に示す拡大断面図である。
【図５】ＮＯX触媒の昇温が１５０℃のときにおけるＮＯX触媒によるＮＯX浄化率の相違を示す図である。
【図６】ＮＯX触媒の昇温が３００℃のときにおけるＮＯX触媒によるＮＯX浄化率の相違を示す図である。
【図７】ＮＯX触媒のＮＯX浄化能力維持制御のフローチャートである。
【図８】ＮＯX放出処理を行うためのフローチャートである。
【図９】パティキュレートフィルタの構成を説明するための図である。
【図１０】図９の破線Ｘ内を図解的に示す拡大断面図である。
【図１１】本発明の第三実施形態の排気浄化装置を示す。
【符号の説明】
【００６９】
３…燃料噴射弁
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
１１…ＮＯX触媒
１３…還元剤供給弁
２０…温度センサ
【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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