(57)【要約】【課題】  ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときであっても排気ガス中のＮＯXを良好に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。【解決手段】  本発明の排気浄化装置は、機関排気通路内にＮＯX吸蔵触媒１４が配置され、該ＮＯX吸蔵触媒の非活性時には流入排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれるＮＯ2がＮＯX吸蔵剤に吸蔵され、該ＮＯX吸蔵触媒の活性時には流入排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれるＮＯXがＮＯX吸蔵剤に吸蔵されるとともにＮＯX吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がストイキ・リッチになると吸蔵されている窒素酸化物ＮＯXがＮＯX吸蔵剤から放出される。排気浄化装置は、ＮＯX吸蔵触媒の非活性時には機関から排出された排気ガス中のＮＯ2がＮＯに還元されるのを抑制する還元抑制手段をＮＯX吸蔵触媒の上流側に具備する。【選択図】      図１
2005133609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に貴金属とＮＯX吸蔵剤とを有するＮＯX吸蔵触媒が配置され、該ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときにはＮＯX吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる二酸化窒素ＮＯ2がＮＯX吸蔵剤に吸蔵され、該ＮＯX吸蔵触媒が活性化しているときにはＮＯX吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯXがＮＯX吸蔵剤に吸蔵されるとともにＮＯX吸蔵触媒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になると吸蔵されている窒素酸化物ＮＯXがＮＯX吸蔵剤から放出され、ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときには機関から排出された排気ガス中の二酸化窒素ＮＯ2が一酸化窒素ＮＯに還元されるのを抑制する還元抑制手段をＮＯX吸蔵触媒の上流側の排気通路に具備する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
機関排気通路内であって上記ＮＯX吸蔵触媒の上流側に配置され且つ貴金属を担持した酸化触媒と、該酸化触媒をバイパスするためのバイパス通路と、前記酸化触媒に流入する排気ガスの流量と上記バイパス通路に流入する排気ガスの流量とを調整する流量調整弁とをさらに具備し、上記ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときには、上記還元抑制手段は機関から排出された排気ガスのほぼ全てがバイパス通路に流入するように流量調整弁を制御する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記機関排気通路は、基幹通路と、両端が該基幹通路上の分岐部に連結された環状通路と、該環状通路を一方の方向におよび該一方の方向とは反対方向に流れる排気ガスの流量と該環状通路に流入せずに基幹通路を流れる排気ガスの流量とを調整する流量調整弁とを具備し、上記ＮＯX吸蔵触媒が環状通路内に設けられると共に貴金属を担持した酸化触媒が上記環状通路内であってＮＯX吸蔵触媒の一方の側に配置され、上記ＮＯX吸蔵触媒が活性していないときには、上記還元抑制手段は機関から排出された排気ガスのほぼ全てが環状通路をＮＯX吸蔵触媒、酸化触媒の順に流れるように流量調整弁を制御する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときであっても上記酸化触媒が活性化しているときには、上記還元抑制手段による流量調整弁の制御が中止される請求項２または３に記載の内燃機関に排気浄化装置。
【請求項５】
上記還元抑制手段は、機関排気通路内であってＮＯX吸蔵触媒の上流側に配置されたＨＣ吸着材を有し、該ＨＣ吸着材は、放出開始温度よりも低い場合にはＨＣ吸着材に流入する排気ガス中に含まれる炭化水素ＨＣを吸着し、放出開始温度以上の場合にはＨＣ吸着材に吸着している炭化水素ＨＣを放出し、上記放出開始温度は上記ＮＯX吸蔵触媒が活性化する温度よりも高く、上記ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときにはＨＣ吸着材によって機関から排出された排気ガス中の炭化水素ＨＣが吸着されることで排気ガス中の炭化水素ＨＣによって二酸化窒素ＮＯ2が一酸化窒素ＮＯに還元されることが抑制される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
機関排気通路内であって上記ＮＯX吸蔵触媒の上流側に配置され且つ貴金属を担持した酸化触媒と、該酸化触媒をバイパスするためのバイパス通路と、前記酸化触媒に流入する排気ガスの流量と上記バイパス通路に流入する排気ガスの流量とを調整する流量調整弁とをさらに具備し、上記バイパス通路上にはＨＣ吸着材が設けられ、該ＨＣ吸着材は、放出開始温度よりも低い場合にはＨＣ吸着材に流入する排気ガス中に含まれる炭化水素ＨＣを吸着し、放出開始温度以上の場合にはＨＣ吸着材に吸着している炭化水素ＨＣを放出し、上記ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときには、上記還元抑制手段は機関から排出された排気ガスのほぼ全てがバイパス通路に流入するように流量調整弁を制御する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
上記機関排気通路は、基幹通路と、両端が該基幹通路上の分岐部に連結された環状通路と、該環状通路を一方の方向におよび該一方の方向とは反対方向に流れる排気ガスの流量と該環状通路に流入せずに基幹通路を流れる排気ガスの流量とを調整する流量調整弁とを具備し、上記ＮＯX吸蔵触媒が環状通路内に設けられると共に貴金属を担持した酸化触媒が上記環状通路内であってＮＯX吸蔵触媒の一方の側に配置され、さらにＨＣ吸着材が上記環状通路内であってＮＯX吸蔵触媒の上記一方の側とは反対側に配置され、該ＨＣ吸着材は、放出開始温度よりも低い場合にはＨＣ吸着材に流入する排気ガス中に含まれる炭化水素ＨＣを吸着し、放出開始温度以上の場合にはＨＣ吸着材に吸着している炭化水素ＨＣを放出し、上記ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときには、上記還元抑制手段は機関から排出された排気ガスのほぼ全てが環状通路をＨＣ吸着材、ＮＯX吸蔵触媒、酸化触媒の順に流れるように流量調整弁を制御する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないとき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一酸化窒素ＮＯに対する二酸化窒素ＮＯ2の割合を増大させるＮＯ2割合増大手段をさらに具備する請求項１〜７のいずれか１項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】
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またはアルカリ土類金属からなるＮＯX吸蔵剤の層を形成し、さらに白金のような貴金属を担体表面上に担持したＮＯX吸蔵触媒が公知である。このＮＯX吸蔵触媒では、ＮＯX吸蔵触媒が活性化すると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がＮＯX吸蔵剤内に吸蔵され、排気ガスの空燃比がリッチにされるとＮＯX吸蔵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ＮＯX吸蔵触媒が活性化しないと行われないと考えられていたが、このようにＮＯXの吸放出作用を行うようにしたＮＯX吸蔵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ＮＯX吸蔵触媒が活性化しないとＮＯX吸蔵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ＮＯX吸蔵触媒が活性化しなくてもＮＯX吸蔵剤に吸蔵されることが判明した。
【０００４】
このような観点からすると、上記ＮＯX吸蔵触媒が活性化していない場合にはＮＯX吸蔵触媒に流入する排気ガス中のＮＯXに対するＮＯ2の割合が大きい方がＮＯX吸蔵触媒によるＮＯXの浄化率が高まることがわかる。
【０００５】
ＮＯX吸蔵触媒に流入する排気ガス中のＮＯ2の割合を大きくする方法としては、ＮＯX吸蔵触媒の上流側に白金等の貴金属を担持した酸化触媒を配置することが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。このような酸化触媒では、白金の酸化作用により排気ガス中のＮＯがＮＯ2に酸化される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−８９２４６号公報
【特許文献２】特開２０００−３４５８３２号公報
【特許文献３】国際公開第９８／４８１５３号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような酸化触媒では、酸化触媒が活性化していないときには、排気ガス中のＮＯをＮＯ2にほとんど酸化することができないどころか、排気ガス中のＮＯ2をＮＯに還元してしまうことがある。したがって、上記特許文献１に記載された内燃機関では、酸化触媒およびＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときには、酸化触媒を流通した排気ガスをＮＯX吸蔵触媒に流入させると、ＮＯXの浄化率が低いものとなってしまう。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときであっても排気ガス中のＮＯXを良好に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、機関排気通路内に貴金属とＮＯX吸蔵剤とを有するＮＯX吸蔵触媒が配置され、該ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときにはＮＯX吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる二酸化窒素ＮＯ2がＮＯX吸蔵剤に吸蔵され、該ＮＯX吸蔵触媒が活性化しているときにはＮＯX吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯXがＮＯX吸蔵剤に吸蔵されるとともにＮＯX吸蔵触媒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になると吸蔵されている窒素酸化物ＮＯXがＮＯX吸蔵剤から放出され、ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときには機関から排出された排気ガス中の二酸化窒素ＮＯ2が一酸化窒素ＮＯに還元されるのを抑制する還元抑制手段をＮＯX吸蔵触媒の上流側に具備する内燃機関の排気浄化装置が提供される。
第１の発明のＮＯX吸蔵触媒では、ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときには、ＮＯX吸蔵触媒に流入する排気ガス中の二酸化窒素ＮＯ2はＮＯX吸蔵触媒に吸蔵されるが、一酸化窒素ＮＯは吸蔵されにくい。第１の発明によれば、ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときには、二酸化窒素ＮＯ2が一酸化窒素ＮＯに還元されるのが抑制されるため、ＮＯX吸蔵触媒は流入する排気ガス中のＮＯXを多く吸蔵することができ、よって排気ガス中のＮＯXを良好に浄化することができる。
【００１０】
第２の発明では、第１の発明において、機関排気通路内であって上記ＮＯX吸蔵触媒の上流側に配置され且つ貴金属を担持した酸化触媒と、該酸化触媒をバイパスするためのバイパス通路と、前記酸化触媒に流入する排気ガスの流量と上記バイパス通路に流入する排気ガスの流量とを調整する流量調整弁とをさらに具備し、上記ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときには、上記還元抑制手段は機関から排出された排気ガスのほぼ全てがバイパス通路に流入するように流量調整弁を制御する。
【００１１】
第３の発明では、第１の発明において、上記機関排気通路は、基幹通路と、両端が該基幹通路上の分岐部に連結された環状通路と、該環状通路を一方の方向におよび該一方の方向とは反対方向に流れる排気ガスの流量と該環状通路に流入せずに基幹通路を流れる排気ガスの流量とを調整する流量調整弁とを具備し、上記ＮＯX吸蔵触媒が環状通路内に設けられると共に貴金属を担持した酸化触媒が上記環状通路内であってＮＯX吸蔵触媒の一方の側に配置され、上記ＮＯX吸蔵触媒が活性していないときには、上記還元抑制手段は機関から排出された排気ガスのほぼ全てが環状通路をＮＯX吸蔵触媒、酸化触媒の順に流れるように流量調整弁を制御する。
【００１２】
第４の発明では、第２または第３の発明において、上記ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときであっても上記酸化触媒が活性化しているときには、上記還元抑制手段による流量調整弁の制御が中止される。
すなわち、第４の発明によれば、ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときであって且つ酸化触媒が活性化していないときにのみ、還元抑制手段による流量調整弁の制御が行われる。
【００１３】
第５の発明では、第１の発明において、上記還元抑制手段は、機関排気通路内であってＮＯX吸蔵触媒の上流側に配置されたＨＣ吸着材を有し、該ＨＣ吸着材は、放出開始温度よりも低い場合にはＨＣ吸着材に流入する排気ガス中に含まれる炭化水素ＨＣを吸着し、放出開始温度以上の場合にはＨＣ吸着材に吸着している炭化水素ＨＣを放出し、上記放出開始温度は上記ＮＯX吸蔵触媒が活性化する温度よりも高く、上記ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときにはＨＣ吸着材によって機関から排出された排気ガス中の炭化水素ＨＣが吸着されることで排気ガス中の炭化水素ＨＣによって二酸化窒素ＮＯ2が一酸化窒素ＮＯに還元されることが抑制される。
【００１４】
第６の発明では、第１の発明において、機関排気通路内であって上記ＮＯX吸蔵触媒の上流側に配置され且つ貴金属を担持した酸化触媒と、該酸化触媒をバイパスするためのバイパス通路と、前記酸化触媒に流入する排気ガスの流量と上記バイパス通路に流入する排気ガスの流量とを調整する流量調整弁とをさらに具備し、上記バイパス通路上にはＨＣ吸着材が設けられ、該ＨＣ吸着材は、放出開始温度よりも低い場合にはＨＣ吸着材に流入する排気ガス中に含まれる炭化水素ＨＣを吸着し、放出開始温度以上の場合にはＨＣ吸着材に吸着している炭化水素ＨＣを放出し、上記ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときには、上記還元抑制手段は機関から排出された排気ガスのほぼ全てがバイパス通路に流入するように流量調整弁を制御する。
【００１５】
第７の発明では、第１の発明において、上記機関排気通路は、基幹通路と、両端が該基幹通路上の分岐部に連結された環状通路と、該環状通路を一方の方向におよび該一方の方向とは反対方向に流れる排気ガスの流量と該環状通路に流入せずに基幹通路を流れる排気ガスの流量とを調整する流量調整弁とを具備し、上記ＮＯX吸蔵触媒が環状通路内に設けられると共に貴金属を担持した酸化触媒が上記環状通路内であってＮＯX吸蔵触媒の一方の側に配置され、さらにＨＣ吸着材が上記環状通路内であってＮＯX吸蔵触媒の上記一方の側とは反対側に配置され、該ＨＣ吸着材は、放出開始温度よりも低い場合にはＨＣ吸着材に流入する排気ガス中に含まれる炭化水素ＨＣを吸着し、放出開始温度以上の場合にはＨＣ吸着材に吸着している炭化水素ＨＣを放出し、上記ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときには、上記還元抑制手段は機関から排出された排気ガスのほぼ全てが環状通路をＨＣ吸着材、ＮＯX吸蔵触媒、酸化触媒の順に流れるように流量調整弁を制御する。
【００１６】
第８の発明では、第１〜第７の発明において、ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないとき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一酸化窒素ＮＯに対する二酸化窒素ＮＯ2の割合を増大させるＮＯ2割合増大手段をさらに具備する。
第８の発明によれば、ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときに、二酸化窒素ＮＯ2が一酸化窒素ＮＯに還元されるのが抑制されるだけでなく、機関から排出される排気ガス中の一酸化窒素ＮＯに対する二酸化窒素ＮＯ2の割合が大きいため、より多くのＮＯXがＮＯX吸蔵触媒に吸蔵され、ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときにおけるＮＯX吸蔵触媒によるＮＯXの浄化効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときであっても、ＮＯX吸蔵触媒は流入する排気ガス中のＮＯXを多く吸蔵することができ、よって排気ガス中のＮＯXを良好に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】
【００１８】
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。
【００１９】
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１０が配置される。図１に示した実施形態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。
【００２０】
一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は排気管１１を介して酸化触媒１２を内蔵したケーシング１３に連結され、さらに、ケーシング１３の出口は排気管１１を介してＮＯX吸蔵触媒１４を内蔵したケーシング１５に連結される。また、酸化触媒１２の上流側の排気管１１上に位置する分岐部１６から酸化触媒１２をバイパスするバイパス管１７が分岐し、バイパス管１７は酸化触媒１２とＮＯX吸蔵触媒１４との間の排気管１１に連結される。分岐部１６には、酸化触媒１２に流入する排気ガスの流量とバイパス管１１に流入する排気ガスの流量とを調整する流量調整弁１８が設けられる。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１９が配置される。
【００２１】
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２０を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２０内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２１が配置される。また、ＥＧＲ通路２０周りにはＥＧＲ通路２０内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置２２が配置される。図１に示した実施形態では機関冷却水がＥＧＲ冷却装置２２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２３を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２４に連結される。このコモンレール２４内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２５から燃料が供給され、コモンレール２４内に供給された燃料は各燃料供給管２３を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００２２】
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。酸化触媒１２およびＮＯX吸蔵触媒１４には酸化触媒１２およびＮＯX吸蔵触媒１４の温度をそれぞれ検出するための温度センサ２６、２７が取付けられ、これら温度センサ２６、２７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。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１９、ＥＧＲ制御弁２１、および燃料ポンプ２５に接続される。
【００２３】
図１に示すＮＯX吸蔵触媒１４はモノリス触媒からなり、このＮＯX吸蔵触媒１４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５０の表面部分の断面を図解的に示している。図２（Ａ）、（Ｂ）に示したように触媒担体５０の表面上には触媒貴金属５１が分散して担持されており、更に触媒担体５０の表面上にはＮＯX吸蔵剤５２の層が形成されている。
【００２４】
本実施形態では触媒貴金属５１として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯX吸蔵剤５２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。
【００２５】
機関吸気通路、燃焼室２およびＮＯX吸蔵触媒１４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５２は、触媒貴金属５１が活性化していれば、すなわちＮＯX吸蔵触媒１４が活性化していればＮＯX吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯXを吸収し、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。なお、ＮＯX吸蔵触媒１４上流の排気通路内に燃料（炭化水素）また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内に供給される混合気の空燃比に一致し、したがってこの場合にはＮＯX吸蔵剤５２は燃焼室２内に供給される混合気の空燃比がリーンのときにはＮＯXを吸収し、燃焼室２内に供給される混合気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯXを放出することになる。
【００２６】
すなわち、ＮＯX吸蔵剤５２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とき、すなわち排気ガス中の酸素濃度が高いときには触媒貴金属５１が活性化していれば排気ガス中に含まれるＮＯは図２（Ａ）に示したように白金Ｐｔ５１上において酸化されてＮＯ2となり、次いでＮＯX吸蔵剤５２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５２内に拡散する。このようにしてＮＯXがＮＯX吸蔵剤５２内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ５１の表面でＮＯ2が生成され、ＮＯX吸蔵剤５２のＮＯX吸収能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯX吸蔵剤５２内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3-が生成される。
【００２７】
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あるいはリッチにすることによって、または還元剤供給弁１９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ほぼ理論空燃比ある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（ＮＯ3-→ＮＯ2）に進み、斯くしてＮＯX吸蔵剤５２内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2の形でＮＯX吸蔵剤５２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吸蔵触媒が活性化してい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。
【００２８】
ところで白金Ｐｔ５１の酸化能力は温度によって変化し、白金Ｐｔ５１の温度が低いとその酸化能力も低い。このため、図３（Ａ）に示したように、ＮＯX吸蔵触媒１４の温度が低下すると、白金Ｐｔ５１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、図３（Ａ）から分かるようにＮＯX吸蔵触媒１４の温度ＴＣがほぼ２５０℃よりも低くなるとＮＯ酸化率は急速に低下し、ＮＯX吸蔵触媒１４の温度ＴＣ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に、すなわちＮＯX吸蔵触媒１４の温度ＴＣがほぼ２００℃（＝Ｔｓ）になったときにＮＯX吸蔵触媒１４が活性化したと判断される。
【００２９】
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吸蔵剤５２に吸収されず、二酸化窒素ＮＯ2の形にならなければＮＯX吸蔵剤５２に吸収されない。すなわち、排気ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯXは通常一酸化窒素ＮＯの方が多く、この一酸化窒素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吸蔵剤５２に吸収されない。一酸化窒素ＮＯを酸化するには触媒貴金属５１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触媒貴金属５１が活性化していることが必要であると考えられてきた。
【００３０】
ところがこのＮＯX吸蔵触媒１４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５１が活性化しないと、すなわちＮＯX吸蔵触媒１４が活性化しないとＮＯX吸蔵剤５２に吸収されないが、排気ガス中に含まれる二酸化窒素ＮＯ2はＮＯX吸蔵触媒１４が活性化しなくても図２（Ｂ）に示したように例えば亜硝酸ＮＯ2-の形でＮＯX吸蔵剤５２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吸蔵触媒１４が活性化している場合と同様に、二酸化窒素ＮＯ2はＮＯX吸蔵剤５２に吸着するのか、或いはＮＯX吸蔵剤５２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」と称する。本明細書では、特に、ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときに行われる吸蔵を「低温吸蔵」と称する。
【００３１】
このようにＮＯX吸蔵触媒１４が活性化していなくても二酸化窒素ＮＯ2が吸蔵されるのでＮＯX吸蔵触媒１４が活性化していないときには、例えば機関始動後暫らくの間はＮＯX吸蔵触媒１４に流入する排気ガス中の一酸化窒素ＮＯの量が少なく、排気ガス中の二酸化窒素ＮＯ2の量が多いことが好ましい。そこで本実施形態では、このようなときに機関本体１から排出された排気ガスがＮＯX吸蔵触媒１４に到達するまでの間に、排気ガス中のＮＯ2がＮＯに還元されるのを抑制するようにしている。
【００３２】
ところで、図１に示したように、本実施形態の内燃機関では、ＮＯX吸蔵触媒１４の上流側に酸化触媒１２が設けられている。この酸化触媒１２は、例えば、後述するＮＯX放出処理において還元剤添加弁１９から還元剤を添加した際に、添加した還元剤を酸素と確実に反応させてＮＯX吸蔵触媒１４に流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させるため、またはＮＯX吸蔵触媒１４の上流側部分で未燃のＨＣや還元剤が反応してその下流側部分の温度のみが昇温したりしてＮＯX吸蔵触媒１４に温度分布ができてしまうのを抑制するために設けられる。
【００３３】
この酸化触媒１２にも白金Ｐｔが担持されており、その酸化能力は温度が低くなると低下する。したがって、酸化触媒１２においても、白金ＰｔによるＮＯからＮＯ2への酸化率は図３（Ａ）に示したＮＯX吸蔵触媒１４の白金によるＮＯ酸化率と同様となる。一方、酸化触媒１２が活性化していない場合、すなわち酸化触媒１２の温度が白金Ｐｔの活性温度よりも低い場合には、酸化触媒１２に担持された白金Ｐｔは還元能力を発揮し、この還元能力は酸化触媒１２の温度が低くなると高くなる。このため、図３（Ｂ）に示したように、酸化触媒１２が活性化していない場合、温度が低下すると白金ＰｔによるＮＯ2からＮＯへの還元率（以下、「ＮＯ還元率」と称す）が上昇する。すなわち、酸化触媒１２が活性化していない場合、排気ガスが酸化触媒１２を通ってＮＯX吸蔵触媒１４に流入すると、酸化触媒１２で二酸化窒素ＮＯ2が一酸化窒素ＮＯに還元されて、機関本体１から排出された排気ガス中の一酸化窒素ＮＯの割合（＝ＮＯの量／ＮＯXの量）よりもＮＯX吸蔵触媒１４へ流入する排気ガス中の一酸化窒素ＮＯの割合がかなり多くなる。このため、このときＮＯX吸蔵触媒１４が活性化していないと、ＮＯX吸蔵触媒１４はＮＯXを吸蔵できず、よってＮＯX吸蔵触媒１４によるＮＯX浄化率が低いものとなってしまう。
【００３４】
そこで本実施形態では、ＮＯX吸蔵触媒１４および酸化触媒１２が活性化していないときには、流量調整弁１８を排気ガスが酸化触媒１２に流入せずにバイパス管１７に流入するバイパス位置（図１に実線で示した位置）へと揺動させ、このバイパス位置に位置決めする。これにより、ＮＯX吸蔵触媒１４および酸化触媒１２が活性化していないときには、機関本体１から排出された排気ガスは酸化触媒１２を介さずに直接ＮＯX吸蔵触媒１４に流入し、よって排気ガス中のＮＯ2がＮＯに還元されるのが抑制せしめられる。これにより、ＮＯX吸蔵触媒１４および酸化触媒１２が活性化していないときであっても、ＮＯX吸蔵触媒１４によるＮＯXの浄化率を高く維持することができる。
【００３５】
さて、ＮＯX吸蔵触媒１４が活性化すると、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときにＮＯX吸蔵触媒１４に流入する排気ガス（以下、「流入排気ガス」と称す）中のＮＯXがＮＯX吸蔵剤５２内に吸収される。しかしながら、リーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われると、その間にＮＯX吸蔵剤５２のＮＯX吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯX吸蔵剤５２によりＮＯXを吸収できなくなってしまう。そこで本実施形態ではＮＯX吸蔵剤５２の吸収能力が飽和する前に還元剤供給弁１９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）にし、それによってＮＯX吸蔵剤５２からＮＯXを放出させるようにしている（ＮＯX放出処理）。
【００３６】
より詳細には、本実施形態では、ＮＯX吸蔵触媒１４のＮＯX吸蔵剤５２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を越えたときに排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切換えられ、それによってＮＯX吸蔵剤５２からＮＯXが放出される。
【００３７】
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、したがって単位時間当りにＮＯX吸蔵剤５２に吸蔵されるＮＯX吸蔵量ＮＯＸＡは燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎの関数となる。本実施形態では燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎに応じた単位時間当りのＮＯX吸蔵量ＮＯＸＡが予め実験により求められており、このＮＯX吸蔵量ＮＯＸＡが燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎの関数として図４（Ａ）に示すようにマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３８】
一方、ＮＯX吸蔵剤５２へのＮＯX吸蔵率ＫＮは、ＮＯX吸蔵触媒１４および酸化触媒１２の酸化能力に応じて変わるため、ＮＯX吸蔵触媒１４の温度ＴＣと酸化触媒１２の温度ＴＯとに依存する。本実施形態では、ＮＯX吸蔵触媒１４の温度ＴＣと酸化触媒１２の温度ＴＯとに応じたＮＯX吸蔵率ＫＮが予め実験的に求められており、このＮＯX吸蔵率ＫＮがＮＯX吸蔵触媒１４の温度ＴＣと酸化触媒１２の温度ＴＯとの関数として図４（Ｂ）に示すようにマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３９】
そして、単位時間当たりのＮＯX吸蔵剤５２への実際のＮＯX吸蔵量はＮＯＸＡとＮＯX吸蔵率ＫＮとの積ＮＯＸＡ・ＫＮで表わされ、この単位時間当たりの実際のＮＯX吸蔵量ＮＯＸＡ・ＫＮの積算値ΣＮＯＸがＮＯX吸蔵剤５２に吸蔵されている積算吸蔵ＮＯX量を表す。
【００４０】
ただし、ＮＯX吸蔵触媒１４が活性化しておらず且つ酸化触媒１２も活性化していない間、上述したように単位時間当たりの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と機関回転数Ｎに加えて後述するＥＧＲ率や噴射時期の遅角量の関数である。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吸蔵触媒１４が活性化しておらず且つ酸化触媒１２も活性化していないときには、上述した単位時間当たりの実際の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。
【００４１】
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ている。
【００４２】
図５は、ＮＯX吸蔵触媒１４のＮＯX浄化能力を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。
【００４３】
図５を参照すると、まず始めにステップ１０１において、図４（Ａ）に示したマップから単位時間当たりのＮＯX吸蔵量ＮＯＸＡと、図４（Ｂ）に示したマップからＮＯX吸蔵率ＫＮが算出される。次いで、ステップ１０２およびステップ１０３では、ＮＯX吸蔵触媒１４の温度ＴＣが設定温度Ｔｓｃ、例えば２００℃よりも低いか否かおよび酸化触媒１２の温度ＴＯが設定温度Ｔｓｏ、例えば２００℃よりも低いか否かがそれぞれ判定される。ＴＣ＜Ｔｓｃであって、ＴＯ＜Ｔｓｏであるとき、すなわちＮＯX吸蔵触媒１４および酸化触媒１２ともに活性化していないと判定されたときにはステップ１０４へと進んで、流量調整弁１８がバイパス位置へと回動され、維持される。これにより、機関本体１から排出された排気ガスは酸化触媒１２を介さずにＮＯX吸蔵触媒１４に流入せしめられ、よって酸化触媒１２において排気ガス中のＮＯ2がＮＯに還元されてしまうのが防止される。次いで、ステップ１０５では、マップから単位時間当たりのＮＯ2吸蔵量ＮＯ２Ａが算出される。ステップ１０６では、単位時間当たりのＮＯ2吸蔵量ＮＯ２ＡをΣＮＯＸに加算することによってＮＯX吸蔵触媒１４に吸蔵されている積算吸蔵ＮＯX量ΣＮＯＸが算出される。
【００４４】
ステップ１０２および１０３において、ＴＣ＜Ｔｓｃであって、ＴＯ≧Ｔｓｏであると判定されたとき、すなわちＮＯX吸蔵触媒１４は活性化していないが酸化触媒１２は活性化していると判定されたときには、ステップ１０７へと進み、ステップ１０１で算出された単位時間当たりのＮＯX吸蔵量ＮＯＸＡとＮＯX吸蔵率とを用いて、単位時間当たりの実際のＮＯX吸蔵量ＮＯＸＡ・ＫＮがΣＮＯＸに加算され、積算吸蔵ＮＯX量ΣＮＯＸが算出される。
【００４５】
ステップ１０２において、ＴＣ≧Ｔｓｃであると判定されたとき、すなわちＮＯX吸蔵触媒１４が活性化していると判定されたときには、ステップ１０８へと進み、ステップ１０７と同様に積算吸蔵ＮＯX量ΣＮＯＸが算出される。次いで、ステップ１０８において算出された積算吸蔵ＮＯX量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へと進んでＮＯX放出処理が開始される。
【００４６】
図６は、図５のステップ１１０で開始されるＮＯX放出処理の処理ルーチンを示している。
【００４７】
図６を参照すると、まず初めにステップ１２１において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別される。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に戻る。このとき還元剤の供給が続行され、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５２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がクリアされる。
【００４８】
なお、ＮＯX吸蔵触媒１４および酸化触媒１２が活性化していない場合には、流量調整弁１８をバイパス位置へと回動させ且つバイパス位置に維持することに加えて、リーン空燃比のもとで燃焼を行ったときに発生する全窒素酸化物ＮＯXに対する二酸化窒素ＮＯ2の割合（以下、「ＮＯ2の割合」と称す）を同一の機関運転状態、即ち同一回転数、同一トルクにおけるＮＯX吸蔵触媒１４活性時に比べて増大させる（ＮＯ2割合増大処理）ようにしてもよい。
【００４９】
このＮＯ2の割合（＝ＮＯ2の量／ＮＯx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いずれか一つを行うと燃焼が緩慢となる。そこで、ＮＯX吸蔵触媒１４および酸化触媒１２が活性化していない場合には、同一の機関運転状態におけるＮＯX吸蔵触媒１４または酸化触媒１２の活性時に比べて緩慢な燃焼を行わせてもよい。
【００５０】
次に図１に示されるＮＯX吸蔵触媒１４がパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」と称す）からなる場合について説明する。
【００５１】
図７（Ａ）および（Ｂ）にこのフィルタ１４の構造を示す。なお、図７（Ａ）はフィルタ１４の正面図を示しており、図７（Ｂ）はフィルタ１４の側面断面図を示している。図７（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにフィルタ１４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７（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。云い換えると排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は、各排気ガス流入通路６０が四つの排気ガス流出通路６１によって包囲され、各排気ガス流出通路６１が四つの排気ガス流入通路６０によって包囲されるように配置される。
【００５２】
フィルタ１４は例えばコージ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７（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。
【００５３】
このようにＮＯX吸蔵触媒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の両側表面上および隔壁６４内の細孔内壁面上にはアルミナからなる触媒担体の層が形成されており、図２（Ａ）、（Ｂ）に示したようにこの触媒担体５０上には触媒貴金属５１とＮＯX吸蔵剤５２とが担持されている。なお、この場合も触媒貴金属として白金Ｐｔが用いられている。このようにＮＯX吸蔵触媒をパティキュレートフィルタから構成した場合でもＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときには排気ガス中のＮＯ2がＮＯX吸蔵触媒に吸蔵される。なお、この場合にも図５および図６に示すＮＯX吸蔵触媒１４に対するＮＯX放出処理と同様のＮＯX放出処理が行われる。
【００５４】
また、ＮＯX吸蔵触媒をパティキュレートフィルタから構成した場合には、排気ガス中に含まれる粒子状物質がフィルタ１４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１４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１９から還元剤を供給して酸化触媒１２やフィルタ１４で燃焼させたりして、フィルタ１４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。
【００５５】
図８および図９に、本発明の第二実施形態を示す。第二実施形態における内燃機関は基本的に第一実施形態と同様であり、同様な構成要素には同一の参照番号を付している。第二実施形態の内燃機関では、排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂよりも下流側の排気通路が第一実施形態とは異なっており、排気浄化器７０が設けられている。また、還元剤供給弁も第一実施形態とは異なる位置に設けられている。
【００５６】
図９は、図８に示した排気浄化器７０を模式的に示した説明図であり、図９（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ流量調整弁７４が第一作動位置、第二作動位置、中立作動位置にある場合を示している。また、これら図中の矢印は排気ガスの流れを示す。
【００５７】
図９に示したように排気浄化器７０は、基幹排気管（基幹通路）７１ａ、７１ｅと、基幹排気管７１ａ、７１ｅに連結された環状分岐管（環状通路）７１ｃ、７１ｄとを備えている。環状分岐管７１ｃ、７１ｄは、酸化触媒１２と、上述したＮＯX吸蔵触媒１４とを内蔵したケーシング７２の両側にそれぞれ連結されている。そして、基幹排気管７１ａ、７１ｅと環状分岐管７１ｃ、７１ｄの連結部分には分岐部７１ｂが設けられ、環状分岐管７１ｃ、７１ｄは分岐部７１ｂから分岐して再び分岐部７１ｂに戻る。
【００５８】
基幹排気管７１ａ、７１ｅは分岐部７１ｂよりも排気上流側の上流側部分排気管７１ａと分岐部７１ｂよりも排気下流側の下流側部分排気管７１ｅとから成り、環状分岐管７１ｃ、７１ｄは分岐部７１ｂとケーシング７２の一方の側とを連結する第一部分環状分岐管７１ｃと、分岐部７１ｂとケーシング７２の他方の側とを連結する第二部分環状分岐管７１ｄとから成る。第一部分環状分岐管７１ｃには、酸化触媒１２に流入す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７５が配置される。
【００５９】
分岐部７１ｂには流量調整弁７４が設けられる。流量調整弁７４の作動は、対応する駆動回路３８を介してＥＣＵ３０の出力ポート３７に接続された流量調整弁用ステップモータ７５により制御される。流量調整弁７４は分岐部７１ｂの中心周りで連続的に回動し、基幹排気管７１ａ、７１ｅの軸線に対して角度θが変化し、これにより上流側部分排気管７１ａから分岐部７１ｂに流入する排気ガスのうち第一部分環状分岐管７１ｃまたは第二部分環状分岐管７１ｄ、および下流側部分排気管７１ｅに流入する排気ガスの流量が調整される。
【００６０】
特に、流量調整弁７４は大別して角度の異なる三つの作動位置間で回動する。これら三つの作動位置とは、図９（Ａ）に示した第一作動位置と、図９（Ｂ）に示した第二作動位置と、図９（Ｃ）に示した中立作動位置とである。流量調整弁７４が図９（Ａ）に示した第一作動位置にある場合、上流側部分排気管７１ａから分岐部７１ｂに流入する排気ガスの大部分は第一部分環状分岐管７１ｃに流入し、ケーシング７２内を酸化触媒１２、ＮＯX吸蔵触媒１４の順に通過して第二部分環状分岐管７１ｄに流れ、再び分岐部７１ｂに戻る。第二部分環状分岐管７１ｄから分岐部７１ｂに再び戻った排気ガスは全て下流側部分排気管７１ｅへと流出する。なお、以下では排気ガスが酸化触媒１２、ＮＯX吸蔵触媒１４の順に流れる方向を順方向として説明する。
【００６１】
また、流量調整弁７４が図９（Ｂ）に示した第二作動位置にある場合、上流側部分排気管７１ａから分岐部７１ｂに流入する排気ガスの大部分は第二部分環状分岐管７１ｄに流入し、ケーシング７２内をＮＯX吸蔵触媒１４、酸化触媒１２の順に通過して第一部分環状分岐管７１ｃに流れ、再び分岐部７１ｂに戻る。第一部分環状分岐管７１ｃから分岐部７１ｂに再び戻った排気ガスは全て下流側部分排気管７１ｅへと流出する。なお、以下では排気ガスがＮＯX吸蔵触媒１４、酸化触媒１２の順に流れる方向を逆方向として説明する。
【００６２】
さらに、流量調整弁７４が図９（Ｃ）に示した中立作動位置にある場合、上流側部分排気管７１ａから分岐部７１ｂに流入した排気ガスの大部分は環状分岐管７１ｃ、７１ｄに流入せずに直接下流側部分排気管７１ｅに流入する。すなわち、流量調整弁７４が中立作動位置にあると、排気ガスは酸化触媒１２およびＮＯX吸蔵触媒１４を通過することなく下流側排気管７１ｅへと流出する。
【００６３】
本実施形態のＮＯX放出処理では、ＮＯX吸蔵触媒１４が活性化しているときに、少量の排気ガスが環状分岐管７１ｃ、７１ｄを順方向に流れ、残りのほとんどの排気ガスが環状分岐管７１ｃ、７１ｄに流入せずに下流側排気管７１ｅに直接流れるように流量調整弁が制御される。そして、還元剤添加弁７３から、ＮＯX吸蔵触媒１４への流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチとなるように少量の還元剤が添加される。還元剤が添加された排気ガスが酸化触媒１２に流入すると、機関本体１から排出された未燃のＨＣおよび還元剤添加弁７３から添加された還元剤と酸素とが反応し、ＮＯX吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの酸素濃度が低下せしめられる。これにより、ＮＯX吸蔵触媒１４に吸蔵されているＮＯXが放出され、還元剤または燃料により還元される。
【００６４】
ここで、上述した第一実施形態では、ＮＯX放出処理を実行する際に、例えば燃焼室２へ多量のＥＧＲガスを流入させることで、ＮＯX吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの流量を少なくし、ＮＯX放出処理に必要な還元剤の量を少なくしていた。本実施形態では、流量調整弁７４の作動位置が少量の排気ガスが環状分岐管７１ｃ、７１ｄを順方向に流れるような位置とされるため、燃焼室２へ多量のＥＧＲガスを流入させることなくＮＯX吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの流量を少なくすることができる。燃焼室２へ多量のＥＧＲガスを流入させることは、例えば機関運転状態が高負荷高回転にあるとき等、実行できないときがあり、したがって第一実施形態では機関運転状態によってＮＯX放出処理を行うことができないが、本実施形態では基本的にいつでもＮＯX放出処理を行うことができる。
【００６５】
ところで、上述したように、ＮＯX吸蔵触媒１４および酸化触媒１２が活性化してないときには、酸化触媒１２を介さずにＮＯX吸蔵触媒１４に排気ガスを流入させることで、酸化触媒１２によるＮＯ2からＮＯへの還元を防止することができる。そこで、本実施形態では、ＮＯX吸蔵触媒１４および酸化触媒１２が活性化していないときには、機関本体１から排出された排気ガスが環状分岐管７１ｃ、７１ｄを逆方向に流れるように流量調整弁７４の作動位置が第二作動位置とされる。排気ガスが環状分岐管７１ｃ、７１ｄを逆方向に流れるときには、排気ガスはＮＯX吸蔵触媒１４、酸化触媒１２の順に流れるため、ＮＯX吸蔵触媒１４には酸化触媒１２を介さずに排気ガスが流入し、よって排気ガス中のＮＯ2がＮＯに還元されるのが抑制せしめられる。これにより、ＮＯX吸蔵触媒１４および酸化触媒１２が活性化していないときであっても、ＮＯX吸蔵触媒１４によるＮＯXの浄化率を高く維持することができる。
【００６６】
なお、本実施形態においても、第一実施形態と同様に、ＮＯX吸蔵触媒１４および酸化触媒１２が活性化していない場合には、流量調整弁７４の作動位置を第二作動位置にすることに加えて、ＮＯX吸蔵触媒１４または酸化触媒１２の活性時に比べて緩慢な燃焼を行わせてもよい。また、本実施形態のＮＯX吸蔵触媒１４はパティキュレートフィルタであってもよい。
【００６７】
図１０に、本発明の第三実施形態を示す。第三実施形態における内燃機関は基本的に第一実施形態と同様であり、同様な構成要素には同一の参照番号を付している。本実施形態では、ＮＯX吸蔵触媒１４の上流側に、酸化触媒の代わりにＨＣ吸着剤８１が設けられる。ＨＣ吸着材８１は、ゼオライトで構成されており、その温度が放出開始温度（例えば、２００℃）のよりも低い場合にはＨＣ吸着材８１に流入する炭化水素（ＨＣ）を吸着し、放出開始温度以上となると吸着しているＨＣを放出する。また、バイパス管や流量調整弁は設けられず、ＨＣ吸着材８１とＮＯX吸蔵触媒１４との間の排気管１１に還元剤添加弁８２が設けられている。
【００６８】
本実施形態の圧縮自着火式内燃機関では、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比は基本的にリーンであるが、排気ガス中には未燃の炭化水素ＨＣ等が全く存在しないわけではなく、多少の炭化水素ＨＣが存在する。また、上記説明ではＮＯ2割合増大処理として燃料噴射時期を遅角すること、ＥＧＲガス量を増大すること、パイロット噴射を行うこと、または予混合燃焼を行うことが挙げられているが、このようなＮＯ2割合増大処理を行った場合には、排気ガス中のＮＯ2の割合（＝ＮＯ2の量／ＮＯxの量）が増大するだけでなく、排気ガス中のＨＣの量も増大する。
【００６９】
例えば、ＨＣ吸着材８１が設けられておらず且つ機関本体１から排出された排気ガスが直接ＮＯX吸蔵触媒１４に流入するようになっている場合、上述した機関本体１から排出された排気ガス中の炭化水素ＨＣはＮＯ2をＮＯに還元してしまう。したがって、この場合、ＮＯX吸蔵触媒１４が活性化していないと、排気ガス中のＮＯ2の割合が少なくなってしまい、結果としてＮＯX吸蔵触媒１４によるＮＯXの浄化率が悪化してしまう。
【００７０】
一方、本実施形態では、内燃機関の冷間始動時等、ＮＯX吸蔵触媒１４が活性化していない場合、ＨＣ吸着材８１の温度も放出開始温度以下であり、よって機関本体１から排出された排気ガス中の炭化水素ＨＣはＨＣ吸着材８１に吸着せしめられる。これにより、排気ガス中のＮＯ2がＮＯに還元されるのが抑制され、ＮＯX吸蔵触媒１４によるＮＯX浄化率を高く維持することができる。
【００７１】
なお、ＨＣ吸着材８１の放出開始温度は、ゼオライトを合成する際のシリカとアルミナとの比率に応じて異なり、よって製造時にシリカとアルミナとの比率を調整することでＨＣ吸着剤８１の放出開始温度を調整することができる。本実施形態では、ＨＣ吸着材８１の放出開始温度は、ＮＯX吸蔵触媒１４の活性温度よりも高い温度となるように調整される。これにより、ＮＯX吸蔵触媒１４が流入排気ガス中の一酸化窒素ＮＯを二酸化窒素ＮＯ2に酸化して吸蔵することができるようになってから、ＨＣ吸着材８１から炭化水素ＨＣが放出される。
【００７２】
なお、第三実施形態における排気浄化装置は、第一実施形態および第二実施形態における排気浄化装置と組み合わせることができる。例えば、第一実施形態における排気浄化装置と組み合わせた場合、バイパス管１７上にＨＣ吸着材を設け、ＮＯX吸蔵触媒１４が活性化していないときに排気ガスがＨＣ吸着材を通ってＮＯX吸蔵触媒１４に流入するようにすることによって、流入排気ガス中のＮＯ2の割合の低下を抑制することができる。また、第二実施形態における排気浄化装置と組み合わせた場合、ＨＣ吸着材をケーシング７２内であってＮＯX吸蔵触媒１４に対して酸化触媒１２の反対側に配置する（すなわち、ケーシング７２内に酸化触媒１２、ＮＯX吸蔵触媒１４、ＨＣ吸着材の順に配列する）ことにより、ＮＯX吸蔵触媒１４が活性化していないときに排気ガスがＨＣ吸着材を通ってＮＯX吸蔵触媒１４に流入するようになるため、流入排気ガス中のＮＯ2の割合の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】内燃機関全体を示す図である。
【図２】ＮＯX吸蔵触媒の吸蔵作用を説明するための図である。
【図３】白金による酸化能力および還元能力を示す図である。
【図４】吸蔵ＮＯX量を算出するためのマップを示す図である。
【図５】ＮＯX吸蔵触媒のＮＯX浄化能力維持制御のフローチャートである。
【図６】ＮＯX放出処理を行うためのフローチャートである。
【図７】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図８】第二実施形態における内燃機関全体を示す図である。
【図９】排気浄化器を示す図である。
【図１０】第三実施形態における内燃機関全体を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
３…燃料噴射弁
４…吸気マニホルド
５…排気マニホルド
１２…酸化触媒
１４…ＮＯX吸蔵触媒
１７…バイパス管
１８…流量調整弁
【図１】
2005133609.tif 000003
【図２】
2005133609.tif 000004
【図３】
2005133609.tif 000005
【図４】
2005133609.tif 000006
【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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