(57)【要約】【課題】  ＮＯｘ吸蔵触媒の不活性時における低温吸蔵能力の維持を図るようにした排気浄化装置及び排気浄化方法を提供する。【解決手段】  貴金属触媒とＮＯｘ吸収剤とからなり、排気ガスの空燃比がリーンである場合において、不活性時には排気中に含まれるＮＯ2をＮＯｘ吸収剤に低温吸蔵し、活性化されると低温吸蔵したＮＯ2をＮＯｘ吸収剤に高温吸蔵するＮＯｘ吸蔵触媒を排気通路内に配置し、上記触媒の不活性時に排気中に含まれるＮＯ2をＮＯｘ吸収剤に低温吸蔵させ、予め定めたＮＯｘ吸蔵触媒再生条件（１０７）が成立した時に、少なくとも上記ＮＯｘ吸蔵触媒を予め定めた温度に昇温して活性化させること（１０９）を含むＮＯｘ吸蔵触媒再生制御（１０９、１１５）を実施して上記ＮＯｘ吸蔵触媒の不活性時における上記ＮＯｘ吸収剤の低温吸蔵能力を再生するようにした排気浄化装置及び方法を提供する。【選択図】      図５
2005113882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貴金属触媒とＮＯｘ吸収剤とからなり、流入する排気ガスの空燃比がリーンである場合において、活性化されていない時には排気ガス中に含まれる二酸化窒素ＮＯ2をＮＯｘ吸収剤に低温吸蔵し、活性化されると低温吸蔵した二酸化窒素ＮＯ2をＮＯｘ吸収剤に高温吸蔵するＮＯｘ吸蔵触媒を機関排気通路内に配置した内燃機関の排気浄化装置であって、
上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態で排気ガス中に含まれる二酸化窒素ＮＯ2をＮＯｘ吸収剤に低温吸蔵させ、予め定めたＮＯｘ吸蔵触媒再生条件が成立した時に、少なくとも上記ＮＯｘ吸蔵触媒を予め定めた温度に昇温して活性化させることを含むＮＯｘ吸蔵触媒再生制御を実施して、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態における上記ＮＯｘ吸収剤の低温吸蔵能力を再生するようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生条件は、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態における上記ＮＯｘ吸収剤の低温吸蔵能力が飽和する前に成立するように設定されている請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生条件は、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御において上記ＮＯｘ吸蔵触媒を昇温して活性化させる際に低温吸蔵されている二酸化窒素ＮＯ2が上記ＮＯｘ吸収剤から所定量以上放出されないように設定される、請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
上記ＮＯｘ吸収剤に低温吸蔵されている二酸化窒素ＮＯ2の量を推定するＮＯ2吸蔵量推定手段と、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が上記予め定めた温度である時に上記ＮＯｘ吸収剤に吸蔵可能な窒素酸化物ＮＯｘの量を推定するＮＯｘ吸蔵可能量推定手段とを有していて、
上記ＮＯ2吸蔵量推定手段によって推定されたＮＯ2吸蔵量が、上記ＮＯｘ吸蔵可能量推定手段によって推定されたＮＯｘ吸蔵可能量に基づいて該ＮＯｘ吸蔵可能量以下に設定された所定量以上になった時に、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生条件が成立したものとされる、請求項１から３の何れか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
上記ＮＯｘ吸蔵触媒が該ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されている時にはＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯｘをＮＯｘ吸収剤に高温吸蔵する機能を有するＮＯｘ吸蔵触媒であると共に、
上記ＮＯｘ吸蔵触媒を上記予め定めた温度とした場合の上記ＮＯｘ吸収剤からの窒素酸化物ＮＯｘの放出速度を推定するＮＯｘ放出速度推定手段と、上記ＮＯｘ吸蔵触媒を上記予め定めた温度とした場合の上記ＮＯｘ吸収剤への窒素酸化物ＮＯｘの吸蔵速度を推定するＮＯｘ吸蔵速度推定手段とを有していて、上記ＮＯｘ放出速度推定手段によって推定されたＮＯｘ放出速度が、上記ＮＯｘ吸蔵速度推定手段によって推定されたＮＯｘ吸蔵速度に基づいて該ＮＯｘ吸蔵速度以下に設定された所定速度以上になった時に、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生条件が成立したものとされる、請求項１から３の何れか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
上記ＮＯｘ吸蔵触媒が該ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されている時にはＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯｘをＮＯｘ吸収剤に高温吸蔵する機能を有するＮＯｘ吸蔵触媒であると共に、
上記ＮＯｘ吸蔵触媒を上記予め定めた温度とした場合の上記ＮＯｘ吸収剤からの窒素酸化物ＮＯｘの放出速度を推定するＮＯｘ放出速度推定手段と、内燃機関からの窒素酸化物ＮＯｘの排出速度を推定するＮＯｘ排出速度推定手段と、上記ＮＯｘ吸蔵触媒を上記予め定めた温度とした場合の上記ＮＯｘ吸収剤への窒素酸化物ＮＯｘの吸蔵速度を推定するＮＯｘ吸蔵速度推定手段とを有していて、上記ＮＯｘ放出速度推定手段によって推定されたＮＯｘ放出速度と上記ＮＯｘ排出速度推定手段によって推定されたＮＯｘ排出速度との和が、上記ＮＯｘ吸蔵速度推定手段によって推定されたＮＯｘ吸蔵速度に基づいて該ＮＯｘ吸蔵速度以下に設定された所定速度以上になった時に、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生条件が成立したものとされる、請求項１から３の何れか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項７】
上記ＮＯｘ吸蔵触媒は、該ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されている時にＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を小さくし、且つ還元剤の存在する状態にするとＮＯｘ吸収剤に高温吸蔵していた窒素酸化物ＮＯｘを放出して還元浄化する機能を有していて、
上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御には更に、ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を小さくし、且つ還元剤の存在する状態にすることが含まれる、請求項１から６の何れか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項８】
上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化していない時にはリーン空燃比のもとで燃焼を行った時に発生する一酸化窒素ＮＯに対する二酸化窒素ＮＯ2の割合を同一の機関運転状態におけるＮＯｘ吸蔵触媒活性時に比べて増大させるＮＯ2割合増大手段を更に有している請求項１から７の何れか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項９】
貴金属触媒とＮＯｘ吸収剤とからなり、流入する排気ガスの空燃比がリーンである場合において、活性化されていない時には排気ガス中に含まれる二酸化窒素ＮＯ2をＮＯｘ吸収剤に低温吸蔵し、活性化されると低温吸蔵した二酸化窒素ＮＯ2をＮＯｘ吸収剤に高温吸蔵するＮＯｘ吸蔵触媒を機関排気通路内に配置し、
上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態で排気ガス中に含まれる二酸化窒素ＮＯ2をＮＯｘ吸収剤に低温吸蔵させ、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態における上記ＮＯｘ吸収剤の低温吸蔵能力が飽和する前に、上記ＮＯｘ吸蔵触媒を予め定めた温度に昇温して活性化させ、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態における上記ＮＯｘ吸収剤の低温吸蔵能力を再生するようにす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及び排気浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リーン空燃比のもとで燃焼が行われている時に排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化するための触媒として、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からなるＮＯｘ吸収剤の層を形成し、更に白金のような貴金属触媒を担体表面上に担持した触媒が公知である（例えば特許文献１参照）。この触媒では触媒が活性化すると排気ガスの空燃比がリーンの時には排気ガス中に含まれるＮＯｘがＮＯｘ吸収剤内に吸蔵され、排気ガスの空燃比がリッチにされるとＮＯｘ吸収剤に吸蔵されていたＮＯｘが放出され、還元される。
【０００３】
ところでこのようなＮＯｘの吸放出作用は触媒が活性化しないと行われないと考えられており、したがってこの特許文献１に記載された内燃機関では触媒が活性化していない時には電気ヒータにより触媒を加熱するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１０８８２６
【特許文献２】特開平７−１３９３４０
【特許文献３】特開２００２−２７６３４３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながらこのようにＮＯｘの吸放出作用を行うようにした触媒について本発明者が研究を重ねた結果、排気ガス中に含まれる一酸化窒素ＮＯは触媒が活性化しないとＮＯｘ吸収剤に吸蔵されないが排気ガス中に含まれる二酸化窒素ＮＯ2は触媒が活性化しなくても、触媒活性時に一酸化窒素ＮＯが吸蔵されるのとは異なるメカニズムでＮＯｘ吸収剤に吸蔵（低温吸蔵）されることが判明したのである。
【０００６】
本発明は、このように本発明者により見い出された事実を利用して排気ガスを浄化するようにした排気浄化装置及び排気浄化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、貴金属触媒とＮＯｘ吸収剤とからなり、流入する排気ガスの空燃比がリーンである場合において、活性化されていない時には排気ガス中に含まれる二酸化窒素ＮＯ2をＮＯｘ吸収剤に低温吸蔵し、活性化されると低温吸蔵した二酸化窒素ＮＯ2をＮＯｘ吸収剤に高温吸蔵するＮＯｘ吸蔵触媒を機関排気通路内に配置した内燃機関の排気浄化装置であって、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態で排気ガス中に含まれる二酸化窒素ＮＯ2をＮＯｘ吸収剤に低温吸蔵させ、予め定めたＮＯｘ吸蔵触媒再生条件が成立した時に、少なくとも上記ＮＯｘ吸蔵触媒を予め定めた温度に昇温して活性化させることを含むＮＯｘ吸蔵触媒再生制御を実施して、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態における上記ＮＯｘ吸収剤の低温吸蔵能力を再生するようにした内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態においても排気ガス中のＮＯ2を除去することができる。また、上記ＮＯｘ吸蔵触媒においては、同ＮＯｘ吸蔵触媒が昇温されて活性化されると、活性化されていない時に低温吸蔵した二酸化窒素ＮＯ2が一酸化炭素ＮＯの形で放出され、活性化された貴金属触媒により二酸化窒素ＮＯ2に酸化せしめられ、最終的に硝酸イオンＮＯ3-の形でＮＯｘ吸収剤に高温吸蔵される。このため、上記ＮＯｘ吸蔵触媒を昇温して活性化させることで上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態における上記ＮＯｘ吸収剤の低温吸蔵能力を回復させることができる。したがって、請求項１に記載の発明によれば、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生条件を適切に設定することで、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態における上記ＮＯｘ吸収剤の低温吸蔵能力の維持を図ることができる。
なお、本明細書において特に区別する必要のある場合には、硝酸イオンＮＯ3-での吸蔵を高温吸蔵と称し、亜硝酸ＮＯ2-での吸蔵を低温吸蔵と称す。
【０００９】
請求項２に記載の発明では請求項１に記載の発明において、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生条件は、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態における上記ＮＯｘ吸収剤の低温吸蔵能力が飽和する前に成立するように設定されている。
請求項２に記載の発明によれば、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御の実施前に上記ＮＯｘ吸収剤の低温吸蔵能力が飽和することによって、吸蔵し切れなかった二酸化窒素ＮＯ2が大気へ放出されてしまうのを防ぐことができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では請求項１または２に記載の発明において、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生条件は、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御において上記ＮＯｘ吸蔵触媒を昇温して活性化させる際に低温吸蔵されている二酸化窒素ＮＯ2が上記ＮＯｘ吸収剤から所定量以上放出されないように設定される。
【００１１】
上述したように上記ＮＯｘ吸蔵触媒は、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御において昇温し、活性化させると、活性化されていない時に低温吸蔵した二酸化窒素ＮＯ2を、最終的には硝酸イオンＮＯ3-の形でＮＯｘ吸収剤に高温吸蔵する。しかしながら、例えば活性化されていない時に低温吸蔵した二酸化窒素ＮＯ2の量が、上記ＮＯｘ吸蔵触媒を予め定めた温度に昇温して活性化させた場合においてＮＯｘ吸収剤に高温吸蔵可能なＮＯｘ量よりも多く、更にＮＯｘ吸収剤に吸蔵可能なＮＯｘ量よりも多い場合には、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御を実施した際に低温吸蔵されていた二酸化窒素ＮＯ2の一部が意図せずにＮＯｘの形で放出されてしまう恐れがある。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、上記のような点が考慮されて上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生条件が設定されるので、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御において、上記ＮＯｘ吸蔵触媒を昇温して活性化させた際に、意図せずに低温吸蔵されている二酸化窒素ＮＯ2が多量に放出されてしまうのを抑制することができる。
【００１３】
なお、ここで、低温吸蔵されている二酸化窒素ＮＯ2が上記ＮＯｘ吸収剤から所定量以上放出されないとは、低温吸蔵されている二酸化窒素ＮＯ2が窒素酸化物ＮＯｘとして実際に所定量以上放出されない場合または所定の放出速度以上で放出されない場合の他、低温吸蔵されている二酸化窒素ＮＯ2が上記ＮＯｘ吸収剤から放出される時の窒素酸化物ＮＯｘの放出速度と、上記ＮＯｘ吸収剤への窒素酸化物ＮＯｘの吸蔵速度とから計算される実質的な上記二酸化窒素ＮＯ2の単位時間当たりの放出量が所定量以下である場合も含む。
【００１４】
請求項４に記載の発明では請求項１から３の何れか一項に記載の発明において、上記ＮＯｘ吸収剤に低温吸蔵されている二酸化窒素ＮＯ2の量を推定するＮＯ2吸蔵量推定手段と、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が上記予め定めた温度である時に上記ＮＯｘ吸収剤に吸蔵可能な窒素酸化物ＮＯｘの量を推定するＮＯｘ吸蔵可能量推定手段とを有していて、上記ＮＯ2吸蔵量推定手段によって推定されたＮＯ2吸蔵量が、上記ＮＯｘ吸蔵可能量推定手段によって推定されたＮＯｘ吸蔵可能量に基づいて該ＮＯｘ吸蔵可能量以下に設定された所定量以上になった時に、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生条件が成立したものとされる。
【００１５】
上述したように、例えば上記ＮＯｘ吸収剤に低温吸蔵されている二酸化窒素ＮＯ2の量が、上記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が上記予め定めた温度である時に上記ＮＯｘ吸収剤に吸蔵可能な窒素酸化物ＮＯｘの量よりも多い場合には、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御において上記ＮＯｘ吸蔵触媒を昇温して活性化させた際に、低温吸蔵されている二酸化窒素ＮＯ2の一部がＮＯｘ吸収剤に吸蔵し切れずにＮＯｘとして放出されてしまう可能性がある。
【００１６】
これに対し、請求項４に記載の発明では、上記ＮＯ2吸蔵量推定手段によって推定されたＮＯ2吸蔵量が、上記ＮＯｘ吸蔵可能量推定手段によって推定されたＮＯｘ吸蔵可能量に基づいて該ＮＯｘ吸蔵可能量以下に設定された所定量以上になった時に、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生条件が成立したものとされ、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御が実施されるので、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御において上記ＮＯｘ吸蔵触媒を昇温して活性化させる際に低温吸蔵されている二酸化窒素ＮＯ2が放出されるのを抑制することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では請求項１から３の何れか一項に記載の発明において、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が該ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されている時にはＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯｘをＮＯｘ吸収剤に高温吸蔵する機能を有するＮＯｘ吸蔵触媒であると共に、上記ＮＯｘ吸蔵触媒を上記予め定めた温度とした場合の上記ＮＯｘ吸収剤からの窒素酸化物ＮＯｘの放出速度を推定するＮＯｘ放出速度推定手段と、上記ＮＯｘ吸蔵触媒を上記予め定めた温度とした場合の上記ＮＯｘ吸収剤への窒素酸化物ＮＯｘの吸蔵速度を推定するＮＯｘ吸蔵速度推定手段とを有していて、上記ＮＯｘ放出速度推定手段によって推定されたＮＯｘ放出速度が、上記ＮＯｘ吸蔵速度推定手段によって推定されたＮＯｘ吸蔵速度に基づいて該ＮＯｘ吸蔵速度以下に設定された所定速度以上になった時に、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生条件が成立したものとされる。
【００１８】
上記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を上記予め定めた温度とした場合に低温吸蔵していたＮＯ2が上記ＮＯｘ吸収剤から放出される時の窒素酸化物ＮＯｘの放出速度が、上記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を上記予め定めた温度とした場合の上記ＮＯｘ吸収剤への窒素酸化物ＮＯｘの吸蔵速度以下であれば、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御において上記ＮＯｘ吸蔵触媒を上記予め定めた温度に昇温して活性化させる際に、低温吸蔵されていた二酸化窒素ＮＯ2の放出は実質的には生じないと考えられる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、このような考えにしたがってなされたものであり、上記ＮＯｘ放出速度推定手段によって推定されたＮＯｘ放出速度が、上記ＮＯｘ吸蔵速度推定手段によって推定されたＮＯｘ吸蔵速度に基づいて該ＮＯｘ吸蔵速度以下に設定された所定速度以上となった時に、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生条件が成立したものとされ、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御が実施される。これにより、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御において上記ＮＯｘ吸蔵触媒を昇温して活性化させる際に低温吸蔵されている二酸化窒素ＮＯ2がＮＯｘ吸収剤から放出されるのを実質的に抑制することができ、その結果吸蔵されている二酸化窒素ＮＯ2がＮＯｘとして大気へ放出されてしまうのを抑制することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明では請求項１から３の何れか一項に記載の発明において、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が該ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されている時にはＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯｘをＮＯｘ吸収剤に高温吸蔵する機能を有するＮＯｘ吸蔵触媒であると共に、上記ＮＯｘ吸蔵触媒を上記予め定めた温度とした場合の上記ＮＯｘ吸収剤からの窒素酸化物ＮＯｘの放出速度を推定するＮＯｘ放出速度推定手段と、内燃機関からの窒素酸化物ＮＯｘの排出速度を推定するＮＯｘ排出速度推定手段と、上記ＮＯｘ吸蔵触媒を上記予め定めた温度とした場合の上記ＮＯｘ吸収剤への窒素酸化物ＮＯｘの吸蔵速度を推定するＮＯｘ吸蔵速度推定手段とを有していて、上記ＮＯｘ放出速度推定手段によって推定されたＮＯｘ放出速度と上記ＮＯｘ排出速度推定手段によって推定されたＮＯｘ排出速度との和が、上記ＮＯｘ吸蔵速度推定手段によって推定されたＮＯｘ吸蔵速度に基づいて該ＮＯｘ吸蔵速度以下に設定された所定速度以上になった時に、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生条件が成立したものとされる。
【００２１】
例えば、上記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を上記予め定めた温度とした場合に低温吸蔵していた二酸化窒素ＮＯ2が上記ＮＯｘ吸収剤から放出される時の窒素酸化物ＮＯｘの放出速度が、上記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を上記予め定めた温度とした場合の上記ＮＯｘ吸収剤への窒素酸化物ＮＯｘの吸蔵速度と同じであれば、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御において上記ＮＯｘ吸蔵触媒を上記予め定めた温度に昇温して活性化させる際に、低温吸蔵されていた二酸化窒素ＮＯ2の放出は実質的には生じないと考えられる。しかしながら、この場合には、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御中に内燃機関から排出される窒素酸化物ＮＯｘはそのまま大気へ放出されてしまうことになる。
【００２２】
これに対し、請求項６に記載の発明によれば、上記ＮＯｘ放出速度推定手段によって推定されたＮＯｘ放出速度と上記ＮＯｘ排出速度推定手段によって推定されたＮＯｘ排出速度との和が、上記ＮＯｘ吸蔵速度推定手段によって推定されたＮＯｘ吸蔵速度に基づいて該ＮＯｘ吸蔵速度以下に設定された所定速度以上になった時に、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生条件が成立したものとされ、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御が実施されるので、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御の際に内燃機関から排出される窒素酸化物ＮＯｘが大気へ放出されるのも抑制することができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明では請求項１から６の何れか一項に記載の発明において、上記ＮＯｘ吸蔵触媒は、該ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されている時にＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を小さくし、且つ還元剤の存在する状態にするとＮＯｘ吸収剤に高温吸蔵していた窒素酸化物ＮＯｘを放出して還元浄化する機能を有していて、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御には更に、ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を小さくし、且つ還元剤の存在する状態にすることが含まれる。
請求項７に記載の発明によれば、上記ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御を行うことによって、上記ＮＯｘ吸収剤に高温吸蔵させた窒素酸化物ＮＯｘを放出させ還元浄化することができる。
【００２４】
請求項８に記載の発明では請求項１から７の何れか一項に記載の発明において、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化していない時にはリーン空燃比のもとで燃焼を行った時に発生する一酸化窒素ＮＯに対する二酸化窒素ＮＯ2の割合を同一の機関運転状態におけるＮＯｘ吸蔵触媒活性時に比べて増大させるＮＯ2割合増大手段を更に有している。
【００２５】
上記ＮＯｘ吸蔵触媒は、活性化されていない時でも二酸化窒素ＮＯ2であれば流入する排気ガスの空燃比がリーンである時にＮＯｘ吸収剤に低温吸蔵することができる。したがって、請求項８に記載の発明によれば、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない時のＮＯｘ浄化率を向上することができる。
【００２６】
請求項９に記載の発明は、貴金属触媒とＮＯｘ吸収剤とからなり、流入する排気ガスの空燃比がリーンである場合において、活性化されていない時には排気ガス中に含まれる二酸化窒素ＮＯ2をＮＯｘ吸収剤に低温吸蔵し、活性化されると低温吸蔵した二酸化窒素ＮＯ2をＮＯｘ吸収剤に高温吸蔵するＮＯｘ吸蔵触媒を機関排気通路内に配置し、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態で排気ガス中に含まれる二酸化窒素ＮＯ2をＮＯｘ吸収剤に低温吸蔵させ、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態における上記ＮＯｘ吸収剤の低温吸蔵能力が飽和する前に、上記ＮＯｘ吸蔵触媒を予め定めた温度に昇温して活性化させ、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態における上記ＮＯｘ吸収剤の低温吸蔵能力を再生するようにする内燃機関の排気浄化方法が提供される。
【００２７】
請求項９に記載の発明によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態においても排気ガス中のＮＯ2を除去することができる。また、上記ＮＯｘ吸蔵触媒においては、同ＮＯｘ吸蔵触媒が昇温されて活性化されると、活性化されていない時に低温吸蔵した二酸化窒素ＮＯ2が、最終的に硝酸イオンＮＯ3-の形でＮＯｘ吸収剤に高温吸蔵されるので、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態における上記ＮＯｘ吸収剤の低温吸蔵能力を回復させることができる。したがって、請求項９に記載の発明によれば、上記ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態における上記ＮＯｘ吸収剤の低温吸蔵能力の維持を図ることができる。
【発明の効果】
【００２８】
各請求項に記載の発明は、ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態においても排気ガス中のＮＯ2を除去することができるという共通の効果を奏する。また、ＮＯｘ吸蔵触媒が活性化されていない状態における低温吸蔵能力の維持を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
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。なお、本発明は火花点火式内燃機関に適用することもできる。
【００３０】
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、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（インタークーラ）１０が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水がインタークーラ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吸蔵触媒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供給するための還元剤供給弁１３が配置される。
【００３１】
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冷却装置（ＥＧＲクーラ）１６が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水がＥＧＲクーラ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。
【００３２】
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。ＮＯｘ吸蔵触媒１１にはＮＯｘ吸蔵触媒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９駆動用ステップモータ、還元剤供給弁１３、ＥＧＲ制御弁１５、及び燃料ポンプ１９に接続される。
【００３３】
図１に示すＮＯｘ吸蔵触媒１１はモノリス触媒からなり、このＮＯｘ吸蔵触媒１１の基体上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されている。図２（Ａ），（Ｂ）はこの触媒担体４５の表面部分の断面を図解的に示している。図２（Ａ），（Ｂ）に示されるように触媒担体４５の表面上には貴金属触媒４６が分散して担持されており、更に触媒担体４５の表面上にはＮＯｘ吸収剤４７の層が形成されている。
【００３４】
本発明の実施形態では、貴金属触媒４６としては例えば白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤４７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。
【００３５】
機関吸気通路、燃焼室２及びＮＯｘ吸蔵触媒１１上流の排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称するとＮＯｘ吸収剤４７は、貴金属触媒４６が活性化していれば、すなわちＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していれば排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを高温吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると高温吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。なお、ＮＯｘ吸蔵触媒１１上流の排気通路内に燃料（炭化水素）或いは空気が供給されない場合には排気ガスの空燃比は燃焼室２内における混合気の空燃比に一致し、したがってこの場合にはＮＯｘ吸収剤４７は燃焼室２内における混合気の空燃比がリーンの時にはＮＯｘを高温吸蔵し、燃焼室２内における混合気中の酸素濃度が低下すると高温吸蔵したＮＯｘを放出することになる。
【００３６】
すなわち、ＮＯｘ吸収剤４７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、排気ガスの空燃比がリーンの時、すなわち排気ガス中の酸素濃度が高い時には貴金属触媒４６が活性化していれば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Ｐｔ４６上において酸化されてＮＯ2となり、次いでＮＯｘ吸収剤４７内に高温吸蔵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吸収剤４７内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤４７内に高温吸蔵される。すなわち、このような硝酸イオンＮＯ3-の形での吸蔵を高温吸蔵と称する。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ４６の表面でＮＯ2が生成され、ＮＯｘ吸収剤４７の高温吸蔵能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯｘ吸収剤４７内に高温吸蔵されて硝酸イオンＮＯ3-が生成される。
【００３７】
これに対し、燃焼室２内における空燃比をリッチ或いは理論空燃比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排気ガスの空燃比をリッチ或いは理論空燃比にすると排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向に進み、斯くしてＮＯｘ吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2またはＮＯ等の形でＮＯｘ吸収剤４７から放出される。そしてこの場合、排気ガス中に還元剤（未燃ＨＣ，ＣＯ等）が存在する状態になっているため、放出されたＮＯｘは次いで排気ガス中に含まれる還元剤（未燃ＨＣ，ＣＯ等）によって還元される。
【００３８】
さて、排気ガス中の窒素酸化物ＮＯｘは一酸化窒素ＮＯの形ではＮＯｘ吸収剤４７に高温吸蔵されず、二酸化窒素ＮＯ2の形にならなければＮＯｘ吸収剤４７に高温吸蔵されない。すなわち、排気ガス中に含まれる一酸化窒素ＮＯは二酸化窒素ＮＯ2にならないと、すなわち酸化されないとＮＯｘ吸収剤４７に高温吸蔵されない。白金Ｐｔ４６は本来的に低温での活性を有しているが、ＮＯｘ吸収剤４７の塩基性はかなり強く、そのために白金Ｐｔ４６の低温での活性、すなわち酸化性が弱められてしまう。その結果、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが低下すると、一酸化窒素ＮＯを二酸化窒素ＮＯ2に酸化する作用が弱まってしまう。このため、一酸化窒素ＮＯを酸化するには貴金属触媒４６の温度が高く活性化していること、すなわちＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化し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４６が活性化していること、すなわちＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していることが必要であると考えられてきた。
【００３９】
ところがこのＮＯｘ吸蔵触媒１１について本発明者が研究を重ねた結果、排気ガス中に含まれる一酸化窒素ＮＯは白金Ｐｔ４６が活性化しないと、すなわちＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化しないとＮＯｘ吸収剤４７に吸蔵されないが排気ガス中に含まれる二酸化窒素ＮＯ2はＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化しなくても図２（Ｂ）に示されるように亜硝酸ＮＯ2-の形でＮＯｘ吸収剤４７に低温吸蔵されることが判明したのである。なお、本明細書ではこのような亜硝酸ＮＯ2-の形での吸蔵を上述の高温吸蔵と区別して低温吸蔵と称する。また、高温吸蔵と低温吸蔵とを特に区別する必要の無い場合には単に吸蔵という。
【００４０】
また、このようにＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化しなくてもＮＯ2の低温吸蔵は可能であることから、本明細書においてＮＯｘ吸蔵触媒１１の活性化とは、例えばＮＯｘ吸蔵触媒１１が、流入する排気ガスの空燃比がリーンであれば一酸化窒素ＮＯを二酸化窒素ＮＯ2に酸化してＮＯｘ吸収剤４７に高温吸蔵できる状態になることであり、また、流入する排気ガスの空燃比を小さくし（すなわち、リッチ或いは理論空燃比にし）、且つ還元剤の存在する状態にすればＮＯｘ吸収剤４７に吸蔵しているＮＯｘを放出し還元することができる状態になることを意味すると言える。
【００４１】
このようにＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していなくても二酸化窒素ＮＯ2が低温吸蔵されるので、本発明の実施形態では、例えばリーン空燃比のもとで燃焼が行われている場合等、流入する排気ガスの空燃比がリーンである場合において、ＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化されていない状態で排気ガス中に含まれる二酸化窒素ＮＯ2をＮＯｘ吸収剤に低温吸蔵させるようにしている。すなわち、図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では、通常運転時の排気ガス空燃比はリーンである。また、本発明による実施形態では後述するようなＮＯｘ吸蔵触媒１１を昇温するための制御（昇温制御）を行わなければ、ＮＯｘ吸蔵触媒１１は活性化されないようになっている。そのため、通常運転時において、ＮＯｘ吸蔵触媒１１のＮＯｘ吸収剤４７は排気ガス中に含まれる二酸化窒素ＮＯ2を低温吸蔵する。
【００４２】
ところが、このような排気ガス空燃比がリーンとなる運転が、ＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化されていない状態において継続して行われると、その間にＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化されていない状態におけるＮＯｘ吸収剤４７の低温吸蔵能力（ＮＯ2吸蔵能力）が飽和してしまい、斯くしてＮＯｘ吸収剤４７によりＮＯ2を低温吸蔵できなくなってしまう。そこで本発明による実施形態ではＮＯｘ吸収剤４７の上記低温吸蔵能力が飽和する前にＮＯｘ吸蔵触媒１１を昇温して活性化させ、ＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化されていない状態におけるＮＯｘ吸収剤４７の低温吸蔵能力を再生するようにしている。
【００４３】
すなわち、上述したようにＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していない時には図２（Ｂ）に示されるように排気ガス中に含まれる二酸化窒素ＮＯ2はＮＯｘ吸収剤４７に低温吸蔵される。そしてその状態でＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上昇するとＮＯｘ吸収剤４７に低温吸蔵されていた二酸化窒素ＮＯ2が一酸化窒素ＮＯの形で放出され、活性化された貴金属触媒４６により二酸化窒素ＮＯ2に酸化せしめられＮＯｘ吸収剤４７に高温吸蔵される。斯くしてＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化された時には低温吸蔵していた二酸化窒素ＮＯ2は硝酸イオンＮＯ3-の形でＮＯｘ吸収剤４７内に高温吸蔵されることになる。そしてこのように活性化されていない時に低温吸蔵した二酸化窒素ＮＯ2が、硝酸イオンＮＯ3-の形でＮＯｘ吸収剤に高温吸蔵されると、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化されていない状態における上記ＮＯｘ吸収剤４７の低温吸蔵能力は回復、すなわち再生せしめられる。
【００４４】
このような作用を利用して本発明の実施形態においては、例えば、活性化していない状態で二酸化窒素ＮＯ2をＮＯｘ吸収剤４７に低温吸蔵させる場合において、ＮＯｘ吸蔵触媒１１を昇温して活性化させその後活性化していない状態に戻すことを繰り返すことによって、すなわち、ＮＯｘ吸蔵触媒１１を定期的に昇温して活性化させることによって、上記ＮＯｘ吸収剤４７の低温吸蔵能力を回復させ維持するようにすることができる。すなわち、この場合にはＮＯｘ吸蔵触媒１１を昇温して活性化させることがＮＯｘ吸蔵触媒を再生する制御（ＮＯｘ吸蔵触媒再生制御）を構成する。なお、このような場合におけるＮＯｘ吸蔵触媒１１の具体的な温度ＴＣは例えば、活性化していない状態で二酸化窒素ＮＯ2を低温吸蔵する場合が１００〜１５０℃、昇温して活性化させた場合が３００〜４００℃である。後述するようにＮＯｘ吸蔵触媒１１はその温度上昇によって徐々に活性化され、それに伴って吸蔵作用全体に対する高温吸蔵の割合が増加する。したがって、上述したような場合に低温吸蔵した二酸化窒素ＮＯ2を上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１を昇温して活性化させて高温吸蔵させる場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒１１を充分に昇温し活性化することが好ましい。そのためには、例えば、少なくとも高温吸蔵の割合が低温吸蔵の割合以上となるようにＮＯｘ吸蔵触媒１１を昇温し活性化することが好ましい。
【００４５】
ところで、上述したようにＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していない時にＮＯｘ吸収剤４７に低温吸蔵された二酸化窒素ＮＯ2は、ＮＯｘ吸蔵触媒１１を昇温して活性化させることにより最終的には硝酸イオンＮＯ3-の形でＮＯｘ吸収剤４７内に高温吸蔵させることができる。そしてこのようなＮＯｘ吸収剤４７内に高温吸蔵されているＮＯｘは、上述したようにＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化されている状態においてＮＯｘ吸蔵触媒１１に流入する排気ガスの空燃比を小さくし（すなわち、リッチ或いは理論空燃比にし）、且つ還元剤の存在する状態にすると、放出され還元される。
【００４６】
このようなことから、本発明の実施形態においては、ＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していない時に排気ガス中の二酸化窒素ＮＯ2をＮＯｘ吸収剤４７に低温吸蔵させ、一定期間使用してＮＯｘ吸収剤４７の上記低温吸蔵能力が飽和する前にＮＯｘ吸蔵触媒１１を昇温して活性化させて低温吸蔵した二酸化窒素ＮＯ2をＮＯｘ吸収剤４７に高温吸蔵させ、更に流入する排気ガスの空燃比を小さくし且つ還元剤の存在する状態にして高温吸蔵した二酸化窒素ＮＯ2を放出し還元するという方法により、排気ガス中の二酸化窒素ＮＯ2を浄化することができ、窒素酸化物ＮＯｘの大気への放出を抑制することができる。
【００４７】
一方、実際に上記のような方法を実施した場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒１１を昇温して活性化させる際に、低温吸蔵していた二酸化窒素ＮＯ2が意図せずにＮＯｘ吸収剤４７から放出されてしまうという現象（以下、「染み出し現象」と称す）が起こる場合がある。そして、この染み出し現象はＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していない時に低温吸蔵した二酸化窒素ＮＯ2の量が多い場合にのみ生じる。なお、この場合、低温吸蔵していた二酸化窒素ＮＯ2は、ＮＯまたはＮＯ2等（ＮＯｘ）の形で放出される。
【００４８】
図３はこの現象について示す図であり、ＮＯｘ吸蔵触媒１１を昇温した場合におけるＮＯｘ吸蔵触媒流出排気ガス中のＮＯｘ濃度Ｏｃの変化を示したものである。横軸がＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣ、縦軸がＮＯｘ吸蔵触媒１１から流出する排気ガス中のＮＯｘ濃度をそれぞれ表している。図中、実線がＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していない時に低温吸蔵した二酸化窒素ＮＯ2の量が多い場合、点線がＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していない時に低温吸蔵した二酸化窒素ＮＯ2の量が少ない場合を示している。また、ＮＯｘ濃度ＩｃはＮＯｘ吸蔵触媒１１に流入する排気ガス中のＮＯｘ濃度を表している。
【００４９】
図３に見られるように、低温吸蔵した二酸化窒素ＮＯ2の量が多い場合には昇温の過程においてＮＯｘ吸蔵触媒１１に流入する排気ガス中のＮＯｘ濃度よりも流出する排気ガス中のＮＯｘ濃度の方が高くなる場合がある。すなわち、低温吸蔵した二酸化窒素ＮＯ2の量が多い場合には昇温の過程において低温吸蔵していた二酸化窒素ＮＯ2が放出されている。
【００５０】
そしてこのような染み出し現象は、ＮＯｘ吸収剤４７のＮＯｘ吸蔵可能量が、昇温後、すなわちＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化している時よりも昇温前、すなわちＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していない時のの方が多いために起こると考えられる。すなわち、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の活性化前後にわたるＮＯｘ吸蔵可能量Ａｂ（ＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していない時のＮＯｘ吸収剤４７の低温吸蔵可能量（ＮＯ2吸蔵可能量）も含む）とＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣとの関係は図４で示されるようになっていると考えられる。図中、実線がＮＯｘ吸蔵可能量Ａｂを表し、点線がそのうちの高温吸蔵可能量を表している。つまり、ＮＯｘ吸収剤４７のＮＯｘ吸蔵可能量Ａｂは温度ＴＣが上昇するにつれて減少し、また高温吸蔵可能量は温度ＴＣが上昇するにつれて上昇しある温度Ｔａの時に最大となってその後は温度ＴＣが上昇するにつれて減少する。
【００５１】
また、温度ＴＣが上昇するにつれてＮＯｘ吸蔵可能量Ａｂに占める高温吸蔵可能量の割合が増大し、上記温度Ｔａ以上ではＮＯｘ吸蔵可能量Ａｂと高温吸蔵可能量とがほぼ等しくなる。すなわち、低温側では主に低温吸蔵が行われ、温度ＴＣが上昇しＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化してくると高温吸蔵の割合が徐々に増えて高温側では主に高温吸蔵が行われるようになる。つまり、本発明の実施形態においては詳細にはＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化されている時にも低温吸蔵は行われている。したがって、例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していない時には低温吸蔵を行う、または、ＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化されている時には高温吸蔵を行うといった表現も、単に表現を簡明化することを意図したものであってＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化されている時に低温吸蔵を行う場合を排除することを意図するものではない。
【００５２】
さて、図４に示されるように、ＮＯｘ吸収剤４７のＮＯｘ吸蔵可能量は温度ＴＣが上昇するにつれて減少する。このような場合において、例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していない時（すなわち昇温前）に低温吸蔵した二酸化窒素ＮＯ2の量が、昇温後の温度におけるＮＯｘ吸蔵可能量よりも多い場合には、低温吸蔵されていた二酸化窒素ＮＯ2の一部が吸蔵し切れずに放出されることとなる。上記の染み出し現象はこのようにして生ずるものと考えられる。
【００５３】
以下では、上記のような染み出し現象の発生を抑制しつつ、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１を用いて排気ガス中のＮＯ2を浄化し、ＮＯｘの大気への放出を抑制する方法について説明する。
【００５４】
図５は、図１に示した構成によって実施され得る方法の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは機関の通常運転時においてＥＣＵ３０により一定時間毎の割込みによって実施される。上述したように、図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では、通常運転時において排気ガス空燃比はリーンであり、また、ＮＯｘ吸蔵触媒１１は活性化されていない状態にあるので、ＮＯｘ吸蔵触媒１１のＮＯｘ吸収剤４７は排気ガス中に含まれる二酸化窒素ＮＯ2を低温吸蔵する。
【００５５】
図５に示した制御ルーチンがスタートすると、まずステップ１０１において、その時点でのＮＯ2吸蔵量Ｑａが推定される。このＮＯ2吸蔵量Ｑａの推定は、例えばＮＯｘ吸蔵触媒１１の種類と、前回のＮＯｘ放出・還元制御（後述）が終了してからの運転状態履歴とに基づいて行われる。この場合、例えば、運転状態を表す指標として機関回転数と燃料噴射量とを用い、これらで表される各運転状態におけるＮＯｘ吸収剤４７へのＮＯ2吸蔵速度（単位時間当たりのＮＯ2吸蔵量）を予め実験等によって求めてマップにしておく。そして、このマップを用いて運転状態履歴に基づいてＮＯ2吸蔵量Ｑａを求めるようにする。なお、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣの上記ＮＯ2吸蔵速度に与える影響を考慮するようにすれば、より正確にＮＯ2吸蔵量Ｑａを求めることができる。
【００５６】
ステップ１０１でＮＯ2吸蔵量Ｑａが推定されると、ステップ１０３に進む。ステップ１０３においては、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが予め定められた温度Ｔｄである場合のＮＯｘ吸収剤４７のＮＯｘ吸蔵可能量Ｑｂが推定される。ここで温度Ｔｄは、後述するＮＯｘ放出・還元制御を行う温度として予め定められた温度であり、少なくともＮＯｘ吸蔵触媒１１の活性化が開始する温度（活性化温度）以上の温度である。上記温度Ｔｄとして最も好ましいのは、ＮＯｘの放出・還元が最も活発に行われる温度である。
【００５７】
上記ＮＯｘ吸蔵可能量Ｑｂの推定は、例えばＮＯｘ吸蔵触媒１１の種類と、上記温度Ｔｄとに基づいて行われる。すなわち、例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣとＮＯｘ吸蔵可能量Ｑｂとの関係を予め実験等によって求めてマップにしておき、そのマップを用いて上記温度Ｔｄに対応するＮＯｘ吸蔵可能量Ｑｂを求めるようにする。
【００５８】
ステップ１０３においてＮＯｘ吸蔵可能量Ｑｂが推定されると、続くステップ１０５において、ＮＯｘ吸蔵可能量Ｑｂに基づいて判定基準量Ｑｘが算出される。この判定基準量Ｑｘは、続くステップ１０７において用いられるもので、例えばＱｘ＝Ｑｂ−α（但し、α≧０）の式によって求められる。ここで定数αは上述の染み出し現象の発生を抑制するための余裕値であり、適宜設定され得る。
【００５９】
ステップ１０５において判定基準量Ｑｘが算出されると、続くステップ１０７においてＮＯ2吸蔵量Ｑａが判定基準量Ｑｘ以上であるか否かが判定される。ここでＮＯ2吸蔵量Ｑａが判定基準量Ｑｘ未満であると判定された場合には本制御ルーチンは終了し、機関は通常運転を継続することとなる。一方、ＮＯ2吸蔵量Ｑａが判定基準量Ｑｘ以上であると判定された場合には、ステップ１０９に進み昇温制御が実施される。
【００６０】
ステップ１０９で行われる昇温制御は、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣを上述した温度Ｔｄへと上昇させるための制御である。本実施形態において、この昇温制御は以下で説明するように燃料噴射パターンを制御することによって行われる。すなわち、図６は図１に示した内燃機関で実施し得る燃料噴射パターンのうちの四つの例について示した概略図であるが、通常時には主燃料ｑｍは図６において（Ｉ）で示されるように圧縮上死点付近で噴射される。これに対し、ステップ１０９において昇温制御が開始されると、例えば図６の（ＩＩ）に示されるような燃料噴射パターンとされる。つまり、主燃料ｑｍの噴射時期が圧縮上死点以後まで遅角せしめられる。このように主燃料ｑｍの噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させると後燃え期間が長くなり、斯くして排気ガス温が上昇する。排気ガス温が高くなるとそれに伴ってＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上昇する。
【００６１】
また、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣを上昇させるために図６の（III）に示されるように主燃料ｑｍに加え、吸気上死点付近において補助燃料ｑｖを噴射することもできる。このように補助燃料ｑｖを追加的に噴射すると補助燃料ｑｖ分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために排気ガス温が上昇し、斯くしてＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上昇する。
【００６２】
一方、このように吸気上死点付近において補助燃料ｑｖを噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料ｑｖからアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中間生成物によって主燃料ｑｍの反応が加速される。したがってこの場合には図４の（III）に示されるように主燃料ｑｍの噴射時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。すなわち、このように主燃料ｑｍの噴射時期を大巾に遅らせることができるので排気ガス温はかなり高くなり、斯くしてＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣをすみやかに上昇させることができる。
【００６３】
また、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣを上昇させるために図６の（IV）に示されるように主燃料ｑｍに加え、膨張行程中または排気行程中に補助燃料ｑｐを噴射することもできる。すなわち、この場合、大部分の補助燃料ｑｐは燃焼することなく未燃ＨＣの形で排気通路内に排出される。この未燃ＨＣはＮＯｘ吸蔵触媒１１上において過剰酸素により酸化され、この時発生する酸化反応熱によってＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上昇せしめられる。
【００６４】
なお、本発明の実施形態において上述のような昇温制御における燃料噴射パターンの制御は、排気ガスの空燃比をリーンの状態に保つようにして行われる。これは昇温過程において排気ガスの空燃比がリッチ或いは理論空燃比になると低温吸蔵したＮＯ2が放出されてしまう恐れがあるためである。昇温過程では、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが充分に上昇していないために低温吸蔵したＮＯ2が放出された場合に還元浄化することができない。
【００６５】
上述したように、昇温制御によってＮＯｘ吸蔵触媒１１が昇温されて活性化されると、ＮＯｘ吸蔵触媒１１が昇温される前、すなわち活性化していない時にＮＯｘ吸収剤４７に低温吸蔵された二酸化窒素ＮＯ2は、最終的に硝酸イオンＮＯ3-の形でＮＯｘ吸収剤４７内に高温吸蔵されることとなる。
【００６６】
本実施形態においては、上述のステップ１０７での判定があるために、この昇温制御が実施される際にＮＯｘ吸収剤４７に低温吸蔵されているＮＯ2の量（Ｑａ）は、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上記温度Ｔｄに昇温されて活性化された時にＮＯｘ吸収剤４７に吸蔵可能なＮＯｘの量（Ｑｂ）以下とされている。そのため、本実施形態によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していない状態においてＮＯｘ吸収剤４７に低温吸蔵されたＮＯ2の放出を抑制しつつＮＯｘ吸蔵触媒１１を昇温し活性化させることができる。つまり、上述の染み出し現象の発生を抑制することができる。なお、理論的には、上記のようにすればＮＯｘ吸蔵触媒１１を昇温し活性化させる際に低温吸蔵していたＮＯ2が放出されるのを防げることになるが、実際にはＮＯ2がＮＯｘとして放出されるのを完全に防ぐのは困難である。したがって実際にはステップ１０７での判定を設けることにより、ＮＯ2がＮＯｘとして放出される時の放出量または単位時間当たりの放出量が予め定められる所定量以上にならないようにされる。
【００６７】
ステップ１０９において上記昇温制御が開始されると、ステップ１１１に進んでＮＯｘ吸蔵触媒１１の昇温が完了したか否かが判定される。すなわち、例えばＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上記温度Ｔｄ以上になった場合に昇温が完了したと判定される。本実施形態においてこの判定には温度センサ２０の検出温度が用いられる。ステップ１１１においてＮＯｘ吸蔵触媒１１の昇温が完了していないと判定された場合にはステップ１０９に戻って昇温制御が継続される。一方、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の昇温が完了したと判定された場合にはステップ１１３に進んで昇温制御が終了され、ステップ１１５に進む。
【００６８】
ステップ１１５においては、ＮＯｘ吸収剤４７からＮＯｘを放出させ、それを還元するためのＮＯｘ放出・還元制御が実施される。すなわち、ＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化されている状態を維持しつつ、つまりＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣを上記温度Ｔｄ以上に維持しつつ、ＮＯｘ吸蔵触媒１１に流入する排気ガスの空燃比を小さくし、且つ還元剤の存在する状態にする。より具体的には、本実施形態においては燃焼室２内における空燃比をリッチ或いは理論空燃比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ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣを上記温度Ｔｄ以上に維持しつつ断続的または連続的に排気ガスの空燃比をリッチ或いは理論空燃比にする。このようにすることでＮＯｘ吸収剤４７からＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘが排気ガス中に存在する還元剤（未燃ＨＣ，ＣＯ等）によって還元されて浄化される。
【００６９】
ステップ１１５において上述のようなＮＯｘ放出・還元制御が開始されると、ステップ１１７に進みＮＯｘ吸収剤４７からのＮＯｘ放出が完了したか否かが判定される。この判定は、例えば、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上記温度Ｔｄである場合のＮＯｘ吸収剤４７からのＮＯｘ放出速度（単位時間当たりのＮＯｘ放出量）を予め実験等によって求めておき、その値と上記ＮＯｘ放出・還元制御の継続時間とから推定される今回のＮＯｘ放出・還元制御における放出ＮＯｘ量が、ステップ１０１で推定したＮＯ2吸蔵量よりも多くなったか否かを判定することによって行う。すなわち、上記の推定放出ＮＯｘ量がステップ１０１で推定したＮＯ2吸蔵量よりも多くなったと判定された時にＮＯｘ放出が完了したと判定するようにする。
【００７０】
ステップ１１７において、ＮＯｘ吸収剤４７からのＮＯｘ放出がまだ完了していないと判定された場合にはステップ１１５に戻ってＮＯｘ放出・還元制御が継続される。一方、ＮＯｘ吸収剤４７からのＮＯｘ放出が完了したと判定された場合にはステップ１１９に進んでＮＯｘ放出・還元制御が終了されて本制御ルーチンが終了する。
【００７１】
上述したようにこの方法では、推定したＮＯ2吸蔵量Ｑａが、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上記温度Ｔｄである時におけるＮＯｘ吸収剤４７のＮＯｘ吸蔵可能量Ｑｂに基づいて同ＮＯｘ吸蔵可能量Ｑｂ以下に設定された判定基準量Ｑｘ以上になった時に昇温制御が開始される。そのため、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上記温度Ｔｄに昇温されて活性化された時に低温吸蔵されていたＮＯ2が吸蔵し切れなくなって生じるＮＯｘの放出を抑制することができる。すなわち、この方法によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していない状態においてＮＯｘ吸収剤４７に低温吸蔵されたＮＯ2の放出を抑制しつつＮＯｘ吸蔵触媒１１を昇温し活性化させることができる。つまり、上述の染み出し現象の発生を抑制することができる。そして更にこの方法では、ＮＯｘ放出・還元制御が実施されるので、ＮＯｘ吸収剤４７からＮＯｘを放出させ、それを還元して浄化することができる。
【００７２】
以上のように、この方法によれば上述したような染み出し現象の発生を抑制しつつ、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１を用いて排気ガス中のＮＯ2を浄化しＮＯｘの大気への放出を抑制することができる。
【００７３】
次に、図７を参照して図１に示した構成によって実施され得る別の方法、すなわち上述したような染み出し現象の発生を抑制しつつ、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１を用いて排気ガス中のＮＯ2を浄化し、ＮＯｘの大気への放出を抑制する別の方法について説明する。なお、この方法には図５を参照して説明した方法と共通する部分が含まれており、これらの部分については原則として説明を省略する。
【００７４】
ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣをＮＯｘ放出・還元制御を行う温度Ｔｄとした場合に低温吸蔵していたＮＯ2がＮＯｘ吸収剤４７から放出される時のＮＯｘ放出速度（単位時間当たりのＮＯｘ放出量）が、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣを上記温度Ｔｄとした場合の上記ＮＯｘ吸収剤４７へのＮＯｘの吸蔵速度（単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量）以下であれば、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣを上記温度Ｔｄに昇温して活性化させる際に、低温吸蔵されていたＮＯ2の放出は実質的には生じないと考えられる。以下で説明する方法はこのような考えに基づいたものである。
【００７５】
なお、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上記温度ＴｄとなりＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化されている状態では排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸収剤４７に主に高温吸蔵されることになるが、この場合にも低温吸蔵が全く無いとは言えない。つまり、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化されている状態では排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸収剤４７に吸蔵（低温吸蔵と高温吸蔵の両方の意味を含む）される。
【００７６】
図７はこの方法の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは機関の通常運転時においてＥＣＵ３０により一定時間毎の割込みによって実施される。この制御ルーチンがスタートすると、まずステップ２０１において、その時点でのＮＯ2吸蔵量Ｑａが推定される。このステップ２０１における制御は図５のステップ１０１における制御と同様である。
【００７７】
ステップ２０１でＮＯ2吸蔵量Ｑａが推定されると、ステップ２０３に進む。ステップ２０３においては、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが予め定められた温度Ｔｄである場合のＮＯｘ吸収剤４７からのＮＯｘの放出速度Ｖａが推定される。ここで温度Ｔｄは、図５を参照して説明した場合と同様、後に行われるＮＯｘ放出・還元制御を行う温度として予め定められた温度であり、少なくともＮＯｘ吸蔵触媒１１の活性化が開始する温度（活性化温度）以上の温度である。
【００７８】
上記ＮＯｘ放出速度Ｖａの推定は、例えば上記温度Ｔｄと、上記ＮＯ2吸蔵量Ｑａとに基づいて行われる。すなわち、ＮＯｘ吸収剤４７に低温吸蔵されているＮＯ2を含めたＮＯｘの量（ＮＯｘ吸蔵量）と、ＮＯｘ吸収剤４７から単位時間当たりに放出されるＮＯｘの量（ＮＯｘ放出速度）との関係は、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度が一定の場合、図８（ａ）で示されるように、ＮＯｘ吸蔵量が多くなるほどＮＯｘ放出速度が大きくなるような関係になっている。したがって、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上記温度Ｔｄである場合について、図８（ａ）で示されるような関係を事前に求めておけば、ステップ２０１で推定したＮＯ2吸蔵量ＱａをＮＯｘ吸蔵量として用いることで対応するＮＯｘ放出速度、すなわち求めるべきＮＯｘ放出速度Ｖａを求めることができる。
【００７９】
ステップ２０３において上記ＮＯｘ放出速度Ｖａが推定されると、ステップ２０５に進む。ステップ２０５においては、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上記温度Ｔｄである場合のＮＯｘ吸収剤４７へのＮＯｘ吸蔵速度Ｖｂが推定される。このＮＯｘ吸蔵速度Ｖｂの推定は例えば、上記ＮＯｘ放出速度Ｖａの推定の場合と同様に、上記温度Ｔｄと、上記ＮＯ2吸蔵量Ｑａとに基づいて行われる。すなわち、ＮＯｘ吸収剤４７に低温吸蔵されているＮＯ2を含めたＮＯｘの量（ＮＯｘ吸蔵量）と、ＮＯｘ吸収剤４７へ単位時間当たりに低温吸蔵されるＮＯ2を含めたＮＯｘの量（ＮＯｘ吸蔵速度）との関係は、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度が一定の場合、図８（ｂ）で示されるように、ＮＯｘ吸蔵量が多くなるほどＮＯｘ吸蔵速度が小さくなるような関係になっている。したがって、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上記温度Ｔｄである場合について、図８（ｂ）で示されるような関係を事前に求めておけば、ステップ２０１で推定したＮＯ2吸蔵量ＱａをＮＯｘ吸蔵量として用いることで対応するＮＯｘ吸蔵速度、すなわち求めるべきＮＯｘ吸蔵速度Ｖｂを求めることができる。
【００８０】
ステップ２０５においてＮＯｘ吸蔵速度Ｖｂが推定されると、続くステップ２０７において、ＮＯｘ吸蔵速度Ｖｂに基づいて判定基準速度Ｖｘが算出される。この判定基準速度Ｖｘは、続くステップ２０９において用いられるもので、例えばＶｘ＝Ｖｂ−β（但し、β≧０）の式によって求められる。ここで定数βは上述の染み出し現象の発生を抑制するための余裕値であり、適宜設定され得る。
【００８１】
ステップ２０７において判定基準速度Ｖｘが算出されるとステップ２０９に進む。ステップ２０９においてはＮＯｘ放出速度Ｖａが判定基準速度Ｖｘ以上であるか否かが判定される。ここでＮＯｘ放出速度Ｖａが判定基準速度Ｖｘ未満であると判定された場合には本制御ルーチンは終了し、機関は通常運転を継続することとなる。一方、ＮＯｘ放出速度Ｖａが判定基準速度Ｖｘ以上であると判定された場合には、ステップ２１１に進み昇温制御及びＮＯｘ放出・還元制御が実施されることになる。なお、このステップ２１１における制御は図５のステップ１０９からステップ１１９までの制御と同様のものであるので説明を省略する。
【００８２】
以上のようにこの方法では、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上記温度Ｔｄである時におけるＮＯｘ放出速度Ｖａが、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上記温度Ｔｄである時におけるＮＯｘ吸蔵速度Ｖｂに基づいて同ＮＯｘ吸蔵速度Ｖｂ以下に設定された判定基準速度Ｖｘ以上になった時に昇温制御（及びそれに続くＮＯｘ放出・還元制御）が実施される。そのため、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上記温度Ｔｄに昇温されて活性化された時にＮＯｘの放出速度がＮＯｘの吸蔵速度よりも大きくなって結果的に生じると考えられるＮＯｘの大気への放出を抑制することができる。すなわち、この方法によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していない状態においてＮＯｘ吸収剤４７に低温吸蔵されたＮＯ2のＮＯｘ吸収剤４７からの放出を実質的に抑制しつつＮＯｘ吸蔵触媒１１を昇温し活性化させることができる。つまり、上述の染み出し現象の発生を抑制することができる。そして更にこの方法においても、ＮＯｘ放出・還元制御が実施されるので、ＮＯｘ吸収剤４７からＮＯｘを放出させ、それを還元して浄化することができる。
【００８３】
以上、説明したように、この方法によっても図５を参照して説明した方法と同様に、上述したような染み出し現象の発生を抑制しつつ上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１を用いて排気ガス中のＮＯ2を浄化し、ＮＯｘの大気への放出を抑制することができる。
【００８４】
次に、図９を参照して図１に示した構成によって実施され得る更に別の方法、すなわち上述したような染み出し現象の発生を抑制しつつ上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１を用いて排気ガス中のＮＯ2を浄化し、ＮＯｘの大気への放出を抑制する更に別の方法について説明する。なお、この方法には図５及び図７を参照して先に説明した各方法と共通する部分が含まれており、これらの部分については原則として説明を省略する。
【００８５】
上述したように、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣをＮＯｘ放出・還元制御を行う温度Ｔｄとした場合に低温吸蔵していたＮＯ2がＮＯｘ吸収剤４７から放出される時のＮＯｘ放出速度（単位時間当たりのＮＯｘ放出量）が、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣを上記温度Ｔｄとした場合の上記ＮＯｘ吸収剤４７へのＮＯｘ吸蔵速度（単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量）以下であれば、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣを上記温度Ｔｄに昇温して活性化させる際に、低温吸蔵されていたＮＯ2の放出は実質的には生じないと考えられる。しかしながら、このような場合においても、その時に内燃機関から排出されるＮＯｘは大気へ放出されてしまう可能性がある。以下で説明する方法はこのような昇温制御等の間に内燃機関から排出されるＮＯｘも考慮し、ＮＯｘの大気への放出を更に抑制しようとするものである。
【００８６】
図９はこの方法の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは機関の通常運転時においてＥＣＵ３０により一定時間毎の割込みによって実施される。この制御ルーチンがスタートすると、まずステップ３０１において、その時点でのＮＯ2吸蔵量Ｑａが推定される。このステップ３０１における制御は図５のステップ１０１及び図７のステップ２０１における制御と同様である。
【００８７】
ステップ３０１でＮＯ2吸蔵量Ｑａが推定されると、ステップ３０３に進む。ステップ３０３においては、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが予め定められた温度Ｔｄである場合のＮＯｘ吸収剤４７からのＮＯｘの放出速度Ｖａが推定される。このステップ３０３における制御は図７のステップ２０３における制御と同様である。
【００８８】
続くステップ３０５においては、内燃機関での燃焼によるＮＯｘの生成速度、すなわち内燃機関からのＮＯｘ排出速度（単位時間当たりのＮＯｘ排出量）Ｖｅが推定される。この内燃機関からのＮＯｘ排出速度Ｖｅの推定は、例えば内燃機関の運転状態に基づいて行われる。この場合、例えば、運転状態を表す指標として機関回転数と燃料噴射量とを用い、これらで表される各運転状態におけるＮＯｘ排出速度Ｖｅを予め実験等によって求めてマップにしておく。そして、このマップを用いてその時の運転状態に基づいてＮＯｘ排出速度Ｖｅを求めるようにする。
【００８９】
ステップ３０５において上記ＮＯｘ排出速度Ｖｅが推定されると、ステップ３０７に進む。ステップ３０７においては、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上記温度Ｔｄである場合のＮＯｘ吸収剤４７へのＮＯｘ吸蔵速度Ｖｂが推定される。そして、ステップ３０７においてＮＯｘ吸蔵速度Ｖｂが推定されると、続くステップ３０９において、ＮＯｘ吸蔵速度Ｖｂに基づいてステップ３１１で用いられる判定基準速度Ｖｘが算出される（例えば、Ｖｘ＝Ｖｂ−β（但し、β≧０））。これらステップ３０７及び３０９における制御は図７のステップ２０５及び２０７における制御と同様である。
【００９０】
ステップ３０９において判定基準速度Ｖｘが算出されるとステップ３１１に進む。ステップ３１１においてはＮＯｘ放出速度ＶａとＮＯｘ排出速度Ｖｅとの和（Ｖａ＋Ｖｅ）が判定基準速度Ｖｘ以上であるか否かが判定される。ここでＮＯｘ放出速度ＶａとＮＯｘ排出速度Ｖｅとの和が判定基準速度Ｖｘ未満であると判定された場合には本制御ルーチンは終了し、機関は通常運転を継続することとなる。一方、ＮＯｘ放出速度ＶａとＮＯｘ排出速度Ｖｅとの和が判定基準速度Ｖｘ以上であると判定された場合には、ステップ３１３に進み昇温制御及びＮＯｘ放出・還元制御が実施されることになる。なお、このステップ３１３における制御は図７のステップ２１１の制御と同様のものであり、すなわち図５のステップ１０９からステップ１１９までの制御と同様のものであるので説明を省略する。
【００９１】
以上のようにこの方法では、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上記温度Ｔｄである時におけるＮＯｘ放出速度Ｖａと内燃機関からのＮＯｘ排出速度Ｖｅとの和が、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上記温度Ｔｄである時におけるＮＯｘ吸蔵速度Ｖｂに基づいて同ＮＯｘ吸蔵速度Ｖｂ以下に設定された判定基準速度Ｖｘ以上になった時に昇温制御（及びそれに続くＮＯｘ放出・還元制御）が実施される。そのため、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴＣが上記温度Ｔｄに昇温されて活性化された時にＮＯｘの放出速度がＮＯｘの吸蔵速度よりも大きくなって結果的に生じると考えられるＮＯｘの大気への放出を抑制することができると共に、内燃機関から排出されるＮＯｘについてもその大気への放出が抑制される。すなわち、この方法によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していない状態においてＮＯｘ吸収剤４７に低温吸蔵されたＮＯ2のＮＯｘ吸収剤４７からの放出を実質的に抑制しつつ、また、その時に内燃機関から排出されるＮＯｘの大気への放出を抑制しつつＮＯｘ吸蔵触媒１１を昇温し活性化させることができる。つまり、上述の染み出し現象の発生を抑制すると共に、昇温制御等の間に内燃機関から排出されるＮＯｘの大気への放出も抑制することができる。そして更にこの方法においても、ＮＯｘ放出・還元制御が実施されるので、ＮＯｘ吸収剤４７からＮＯｘを放出させ、それを還元して浄化することができる。
【００９２】
以上、説明したように、この方法によっても図５及び図９を参照して説明した方法と同様に、上述したような染み出し現象の発生を抑制しつつ上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１を用いて排気ガス中のＮＯ2を浄化し、ＮＯｘの大気への放出を抑制することができる。
【００９３】
図１０は、横軸をＮＯ2吸蔵量Ｑａとして、上述したＮＯｘ放出速度Ｖａ、ＮＯｘ排出速度Ｖｅ、ＮＯｘ吸蔵速度Ｖｂ、判定基準速度Ｖｘ等の関係を図示した説明図である。図１０に基づいた場合、図７を参照して説明した方法においてはＮＯ2吸蔵量ＱａがＱａ１以上になった時に昇温制御（及びそれに続くＮＯｘ放出・還元制御）が実施され、図９を参照して説明した方法においてはＮＯ2吸蔵量ＱａがＱａ２以上になった時に昇温制御（及びそれに続くＮＯｘ放出・還元制御）が実施されることになる。
【００９４】
ところで、上述したように排気ガス中に含まれる二酸化窒素ＮＯ2はＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化しなくてもＮＯｘ吸収剤４７に低温吸蔵されるが、排気ガス中に含まれる一酸化窒素ＮＯはＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化して二酸化窒素ＮＯ2に酸化されないとＮＯｘ吸収剤４７に高温吸蔵されない。このため、ＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していない時には、排気ガス中の一酸化窒素ＮＯの量を減らし、排気ガス中の二酸化窒素ＮＯ2の量を増大することが好ましい。そこで本発明による実施形態では、ＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していない時にはリーン空燃比のもとで燃焼を行った時に発生する一酸化窒素ＮＯに対する二酸化窒素ＮＯ2の割合を同一の機関運転状態、すなわち同一回転数、同一トルクにおけるＮＯｘ吸蔵触媒活性時に比べて増大させるようにしてもよい。
【００９５】
このＮＯ2の割合（＝ＮＯ2の量／ＮＯの量）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、または予混合気燃焼を行うかの少なくとも何れか一つを行うと燃焼が緩慢となる。そこで本発明による実施形態のうち上記のような排気ガス中の二酸化窒素ＮＯ2量の増大を図るものでは、ＮＯｘ吸蔵触媒１１が活性化していない時には上記の燃焼を緩慢にする方法の少なくとも何れか一つを実施して同一の機関運転状態におけるＮＯｘ吸蔵触媒活性時に比べて緩慢な燃焼を行わせるようにしている。
【００９６】
なお、以上の説明では、昇温制御は燃料噴射パターンを制御することによって行われたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば電気ヒータを用いる等、他の手段によってＮＯｘ吸蔵触媒１１を昇温するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】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。
【図２】図２は、ＮＯｘ吸蔵触媒の担体表面部分の断面を図解的に示す図である。
【図３】図３は、染み出し現象について説明するための図である。
【図４】図４は、ＮＯｘ吸蔵可能量ＡｂとＮＯｘ吸蔵触媒の温度ＴＣとの関係を示す図である。
【図５】図５は、図１に示した構成によって実施され得る方法の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図６は、種々の燃料噴射パターンを示す図である。
【図７】図７は、図１に示した構成によって実施され得る別の方法の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】図８は、ＮＯｘ吸収剤におけるＮＯｘ放出速度及びＮＯｘ吸蔵速度とＮＯｘ吸蔵量との関係を示す図である。
【図９】図９は、図１に示した構成によって実施され得る更に別の方法の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、横軸をＮＯｘ吸収剤のＮＯ2吸蔵量Ｑａとして、ＮＯｘ吸収剤からのＮＯｘ放出速度Ｖａ、機関からのＮＯｘ排出速度Ｖｅ、ＮＯｘ吸収剤へのＮＯｘ吸蔵速度Ｖｂ、判定基準速度Ｖｘ等の関係を図示した説明図である。
【符号の説明】
【００９８】
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吸蔵触媒
１３…還元剤供給弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005113882.tif 000008
【図７】
2005113882.tif 000009
【図８】
2005113882.tif 000010
【図９】
2005113882.tif 000011
【図１０】
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