(57)【要約】【課題】ＮＯx吸蔵触媒の高いＮＯx吸蔵率を確保する。【解決手段】機関排気通路内にＮＯx吸蔵触媒１６を配置し、ＮＯx吸蔵触媒１６の上流にパティキュレートフィルタ１４を配置する。ＮＯx吸蔵触媒１６の温度ＴＣにはＮＯx吸蔵触媒１６へのＮＯ吸蔵率が許容吸蔵率ＲＸ以上となる温度範囲が存在しており、ＮＯx吸蔵触媒１６の温度ＴＣがこの温度範囲の下限温度ＴＣ0よりも低いときにはオゾン供給装置１７から機関排気通路内にオゾンを供給してＮＯx吸蔵触媒１６に流入する排気ガス中のＮＯをＮＯ2に変換させる。【選択図】図５
2009293572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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理論空燃比又は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、該ＮＯx吸蔵触媒上流の機関排気通路内に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を配置した内燃機関において、該パティキュレートフィルタと該ＮＯx吸蔵触媒間の機関排気通路内にオゾンを供給するためのオゾン供給装置を具備しており、ＮＯx吸蔵触媒の温度にはＮＯx吸蔵触媒へのＮＯ吸蔵率が予め定められた許容吸蔵率以上となる温度範囲が存在しており、ＮＯx吸蔵触媒の温度が該温度範囲の下限温度よりも低いときには上記オゾン供給装置から機関排気通路内にオゾンを供給してＮＯx吸蔵触媒に流入する排気ガス中のＮＯをＮＯ2に変換し、ＮＯx吸蔵触媒の温度が該温度範囲の下限温度よりも高いときには上記オゾン供給装置からのオゾンの供給を停止するようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
パティキュレートフィルタから流出する排気ガス中のＮＯの量を算出する算出手段を具備しており、ＮＯx吸蔵触媒の温度が上記温度範囲の下限温度よりも低いときにはパティキュレートフィルタから流出する排気ガス中のＮＯをＮＯ2に変換するのに必要な量のオゾンが供給される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
パティキュレートフィルタから流出する排気ガス中のＮＯxの量を算出する算出手段を具備しており、このＮＯx量の積算値が予め定められた許容量を越えたときにＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出すべくＮＯx吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記オゾン供給装置はパティキュレートフィルタ上流にもオゾンが供給可能であり、パティキュレートフィルタの再生中には上記オゾン供給装置からパティキュレートフィルタの上流にもオゾンが供給される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
パティキュレートフィルタの再生中にはオゾン供給装置から可能な限り多量のオゾンがパティキュレートフィルタの上流に供給され、このときパティキュレートフィルタの下流にはパティキュレートフィルタから流出する排気ガス中のＮＯをＮＯ2に変換するのに必要な量のオゾンが供給される請求項４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】
機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＮＯxを吸蔵するための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を配置し、パティキュレートフィルタの上流およびパティキュレートフィルタとＮＯx吸蔵触媒との間にオゾンを供給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）。
【０００３】
この内燃機関ではパティキュレートフィルタ上流にオゾンを供給することによりパティキュレートフィルタ上に堆積したパティキュレートを燃焼除去し、更にパティキュレートフィルタとＮＯx吸蔵触媒との間にオゾンを供給することによりパティキュレートフィルタから流出する排気ガス中のＮＯをＮＯ2に変換させて排気ガス中のＮＯxをＮＯx吸蔵触媒に良好に吸蔵させるようにしている。
【特許文献１】特開２００５−５３８２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところでＮＯx吸蔵触媒として、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理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯxを放出するＮＯx吸蔵触媒を用いた場合、オゾンの供給によりＮＯxの吸蔵作用を効果的に高めるにはＮＯx吸蔵触媒の温度に応じてオゾンの供給を制御する必要がある。しかしながら上述の内燃機関ではこのようなオゾンの供給制御について何らの示唆もしていない。
本発明はＮＯxの吸蔵作用を効果的に高め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、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理論空燃比又は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を配置した内燃機関において、パティキュレートフィルタとＮＯx吸蔵触媒間の機関排気通路内にオゾンを供給するためのオゾン供給装置を具備しており、ＮＯx吸蔵触媒の温度にはＮＯx吸蔵触媒へのＮＯ吸蔵率が予め定められた許容吸蔵率以上となる温度範囲が存在しており、ＮＯx吸蔵触媒の温度がこの温度範囲の下限温度よりも低いときにはオゾン供給装置から機関排気通路内にオゾンを供給してＮＯx吸蔵触媒に流入する排気ガス中のＮＯをＮＯ2に変換し、ＮＯx吸蔵触媒の温度がこの温度範囲の下限温度よりも高いときにはオゾン供給装置からのオゾンの供給を停止するようにしている。
【発明の効果】
【０００６】
ＮＯ吸蔵率の低いときにはオゾンを供給してＮＯxの吸蔵率を高め、ＮＯ吸蔵率が高いとき、即ちＮＯx吸蔵率が高くオゾンの供給が不必要なときにはオゾンの供給を停止することによってオゾンの無駄な消費を回避しつつＮＯxの良好な吸蔵作用を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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。
【０００８】
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の出口は酸化触媒１２の入口に連結される。この酸化触媒１２の出口は排気管１３を介して排気ガス中に含まれる粒子状物質、即ち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、このパティキュレートフィルタ１４の出口は排気管１５を介してＮＯx吸蔵触媒１６の入口に連結される。
【０００９】
図１に示されるように本発明による実施例ではオゾン供給装置１７が設けられている。このオゾン供給装置１７はエアポンプ１８と、例えば高電圧を印加することによってオゾンを生成するオゾン生成器１９と、オゾン生成器１９から排気管１５に至るオゾン供給管２０内に配置されたオゾン流量制御弁２１とを具備する。外気がエアポンプ１８によってオゾン生成器１９内に送り込まれ、オゾン生成器１９内で生成されたオゾンはオゾン供給管２０およびオゾン流量制御弁２１を介してパティキュレートフィルタ１４とＮＯx吸蔵触媒１６との間に供給される。
【００１０】
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２２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２２内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２３が配置される。また、ＥＧＲ通路２２周りにはＥＧＲ通路２２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２４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２４内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。また、排気マニホルド５内には排気ガス中に炭化水素からなる燃料、例えば軽油を供給するための燃料供給弁２５が配置されている。
【００１１】
一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管２６を介してコモンレール２７に連結され、このコモンレール２７は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８を介して燃料タンク２９に連結される。燃料タンク２９内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２８によってコモンレール２７内に供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管２６を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００１２】
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には酸化触媒１２の温度を検出するための温度センサ３９が取付けられ、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の温度を検出するための温度センサ４０が取付けられる。更に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の前後差圧を検出するための差圧センサ４１が取付けられる。また、ＮＯx吸蔵触媒１６にはＮＯx吸蔵触媒１６の温度を検出するための温度センサ４２が取付けられる。これら温度センサ３９，４０，４２、差圧センサ４１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。
【００１３】
また、アクセルペダル４３にはアクセルペダル４３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４４が接続され、負荷センサ４４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４５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、エアポンプ１８、オゾン生成器１９、オゾン流量制御弁２１、ＥＧＲ制御弁２３および燃料ポンプ２８に接続される。
【００１４】
図１に示される酸化触媒１２は例えば白金のような貴金属触媒を担持している。一方、パティキュレートフィルタ１４としては触媒を担持していないパティキュレートフィルタを用いることもできるし、例えば白金のような貴金属触媒を担持したパティキュレートフィルタを用いることもできる。また、ＮＯx吸蔵触媒１６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おり、図２はこの触媒担体４８の表面部分の断面を図解的に示している。図２に示されるように触媒担体４８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４８の表面上にはＮＯx吸収剤４７の層が形成されている。
【００１５】
本発明による実施例では貴金属触媒４６として白金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。
【００１６】
機関吸気通路、燃焼室２およびＮＯx吸蔵触媒１６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吸収剤４７は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。
【００１７】
即ち、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とき、即ち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４７内に拡散する。また、図２に示されるように排気ガス中に含まれるＮＯ2は直接ＮＯx吸収剤４７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４７内に拡散する。このようにしてＮＯx吸収剤４７のＮＯx吸収能力が飽和しない限りＮＯxがＮＯx吸収剤４７内に吸収される。
【００１８】
これに対し、燃焼室２内に追加の燃料を供給することによって或いは燃料供給弁２５から燃料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（ＮＯ3-→ＮＯ2）に進み、斯くしてＮＯx吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2の形でＮＯx吸収剤４７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。
【００１９】
このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯxがＮＯx吸収剤４７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吸収剤４７のＮＯx吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯx吸収剤４７によりＮＯxを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施例ではＮＯx吸収剤４７の吸収能力が飽和する前に燃焼室２内に追加の燃料を供給することによって或いは燃料供給弁２５から燃料を供給することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯx吸収剤４７からＮＯxを放出させるようにしている。
【００２０】
次に図３について説明すると、実線は、排気ガス中に含まれる全ＮＯのうちでＮＯx吸蔵触媒１６に吸蔵されるＮＯの割合を示すＮＯ吸蔵率を示しており、破線は、排気ガス中に含まれる全ＮＯ2のうちでＮＯx吸蔵触媒１６に吸蔵されるＮＯ2の割合を示すＮＯ2吸蔵率を示している。なお、図３において横軸ＴＣはＮＯx吸蔵触媒１６の温度を示している。
【００２１】
さて、図２に示されるように排気ガス中に含まれるＮＯをＮＯx吸収剤４７に吸収するためには貴金属触媒４５によりＮＯをＮＯ2に酸化させる必要がある。ところがこの貴金属触媒４５の酸化力はＮＯx吸蔵触媒１６の温度ＴＣが低くなると低下し、斯くしてＮＯx吸蔵触媒１６の温度ＴＣが低下するとＮＯ吸蔵率が低下する。図３に示される実施例ではＮＯx吸蔵触媒１６の温度ＴＣがほぼ３００℃よりも低くなるとＮＯ吸蔵率が低下する。
【００２２】
一方、排気ガス中に含まれるＮＯ2は貴金属触媒４５の酸化力とは無関係にＮＯx吸収剤４７内に吸収され、従って図３に示されるようにＮＯ2吸蔵率はＮＯx吸蔵触媒１６の温度ＴＣが低くなっても高く維持される。従ってＮＯx吸蔵触媒１６の温度ＴＣが低いときには排気ガス中の大部分を占めるＮＯをＮＯ2に変換すれば高いＮＯx吸蔵率を確保できることになる。この場合、排気ガス中にオゾンを供給すると排気ガス中のＮＯはＮＯ2に変換せしめられる。従って本発明では排気ガス中のＮＯをＮＯ2に変換すべきときには排気ガス中にオゾンを供給するようにしている。
【００２３】
一方、ＮＯx吸蔵触媒１６の温度ＴＣが高くなるとＮＯx吸蔵触媒１６からＮＯxが自然放出するために図３に示されるようにＮＯ吸蔵率およびＮＯ2吸蔵率は共に低下する。この場合、良好なＮＯx浄化率を確保するには機関運転中、許容される吸蔵率以上の高いＮＯ吸蔵率およびＮＯ2吸蔵率を維持する必要がある。図３においてＲＸはこの許容吸蔵率を示しており、図３に示される実施例ではこの許容吸蔵率ＲＸはＮＯ吸蔵率のピーク値に対して８０パーセントの吸蔵率とされている。
【００２４】
図３からわかるようにＮＯ吸蔵率が許容吸蔵率ＲＸよりも高いときにはオゾンを供給しなくても十分に高いＮＯx吸蔵率を得ることができる。一方、図３からわかるようにＮＯx吸蔵触媒１６の温度にはＮＯx吸蔵触媒１６へのＮＯ吸蔵率がこの予め定められた許容吸蔵率ＲＸ以上となる温度範囲が存在しており、ＮＯx吸蔵触媒１６の温度ＴＣがこの温度範囲の下限温度ＴＣ0よりも低くなるとＮＯ吸蔵率が低下する。
【００２５】
そこで本発明では、ＮＯx吸蔵触媒１６の温度ＴＣがこの温度範囲の下限温度ＴＣ0よりも低くなったときにはオゾン供給装置１７から機関排気通路内にオゾンを供給してＮＯx吸蔵触媒１６に流入する排気ガス中のＮＯをＮＯ2に変換し、ＮＯx吸蔵触媒１６の温度ＴＣがこの温度範囲の下限温度ＴＣ0よりも高いときにはオゾン供給装置１７からのオゾンの供給を停止するようにしている。
【００２６】
ところでオゾン供給装置１７からオゾンを供給する場合、不必要に多量のオゾンを供給してもオゾンの生成に必要なエネルギを無駄に消費するだけで意味がなく、必要とされる量のオゾンを供給することが好ましい。そこで本発明では、パティキュレートフィルタ１４から流出する排気ガス中のＮＯの量を算出する算出手段を具備しており、ＮＯx吸蔵触媒１６の温度ＴＣが下限温度ＴＣ0よりも低いときにはパティキュレートフィルタ１４から流出する排気ガス中のＮＯをＮＯ2に変換するのに必要なオゾン量を算出してこの算出された量のオゾンを供給するようにしている。
【００２７】
次に排気ガス中のＮＯの量の算出方法の一例について説明する。概略的に言って機関から排出されるＮＯの量はＮＯ2の量よりも多く、これらＮＯ量およびＮＯ2量は機関の運転状態が定まるとそれに応じて定まる。そこで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ＮＯの量ＮＯＸＡが機関の要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図４（Ａ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、機関から単位時間当り排出されるＮＯ2の量ＮＯＸＢが機関の要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図４（Ｂ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００２８】
一方、ＮＯに対する酸化作用は酸化触媒１２はもとよりパティキュレートフィルタ１４でも行わせることができるが図１に示す例では酸化触媒１２だけでＮＯに対する酸化作用を行わせるようにしている。従って図１に示す例では酸化触媒１２においてＮＯがＮＯ2に変換され、図５（Ａ）はこの酸化触媒１２によるＮＯからＮＯ2へのＮＯ2変換率Ｒを示している。図５（Ａ）に示されるようにＮＯ2変換率Ｒは酸化触媒１２の温度ＴＢがほぼ３００℃からほぼ４００℃の間でピークとなる。
【００２９】
ＮＯ2変換率Ｒのピーク値は酸化触媒１２の白金の担持量に左右され、本発明による実施例ではＮＯ2変換率Ｒのピーク値がほぼ０．５となるように白金の担持量が設定されている。酸化触媒１２に単位時間当り流入する排気ガス中のＮＯ量は図４（Ａ）に示されるＮＯＸＡであり、従ってこのＮＯＸＡにＮＯ2変換率Ｒを乗算すると単位時間当り酸化触媒１２において生成されたＮＯ2量が得られることになる。
【００３０】
一方、図１に示す例ではパティキュレートフィルタ１４上においてＮＯ2が還元され、ＮＯに変換される。このＮＯ2からＮＯへのＮＯ変換率ＲＲが図５（Ｂ）に示されている。図５（Ｂ）からわかるようにこのＮＯ変換率ＲＲはパティキュレートフィルタ１４の温度ＴＤの関数であり、ＮＯ変換率ＲＲはパティキュレートフィルタ１４の温度ＴＤが高くなるほど高くなる。
【００３１】
さて、上述した如く機関から単位時間当り排出されるＮＯ量はＮＯＸＡであり、機関から単位時間当り排出されるＮＯ2量はＮＯＸＢであり、酸化触媒１２におけるＮＯ2変換率はＲであるのでパティキュレートフィルタ１４に単位時間当り流入するＮＯの量はＮＯＸＡ・（１−Ｒ）で表され、パティキュレートフィルタ１４に単位時間当り流入するＮＯ2の量はＮＯＸＡ・Ｒ＋ＮＯＸＢで表される。一方、パティキュレートフィルタ１４に流入したＮＯ2は図５（Ｂ）に示されるＮＯ変換率ＲＲでもってＮＯに変換せしめられるのでパティキュレートフィルタ１４から単位時間当り流出する排気ガス中のＮＯ量ＷＮＯは次式で表されることになる。
ＷＮＯ＝ＮＯＸＡ・（１−Ｒ）＋ＲＲ・（ＮＯＸＡ・Ｒ＋ＮＯＸＢ）
【００３２】
一方、本発明による実施例では排気ガス中に含まれるＮＯおよびＮＯ2が、即ちＮＯxがＮＯx吸蔵触媒１６に吸蔵され、このＮＯx吸蔵量が許容量を越えたときにＮＯx吸蔵触媒１６からＮＯxを放出すべくＮＯx吸蔵触媒１６に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。この場合、本発明による具体的な一例では、パティキュレートフィルタ１４から流出する排気ガス中のＮＯxの量を算出する算出手段が設けられており、このＮＯx量の積算値が予め定められた許容量を越えたときにＮＯx吸蔵触媒１６からＮＯxを放出すべくＮＯx吸蔵触媒１６に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。
【００３３】
次に図５に示される排気浄化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５を参照するとまず初めにステップ５０において図４（Ａ）に示すマップから単位時間当りの排出ＮＯ量ＮＯＸＡが算出され、次いでステップ５１において図４（Ｂ）に示すマップから単位時間当りの排出ＮＯ2量ＮＯＸＢが算出される。
【００３４】
次いでステップ５２ではパティキュレートフィルタ１４の再生条件が成立しているか否かが判別される。差圧センサ４１により検出されたパティキュレートフィルタ１４の前後差圧が予め定められた差圧を越えたときにパティキュレートフィルタ１４の再生条件が成立したと判断され、その後パティキュレートフィルタ１４の前後差圧が予め定められた差圧以下となるまで、或いは一定時間経過するまで、即ちパティキュレートフィルタ１４上に堆積したパティキュレートが燃焼除去されるまでパティキュレートフィルタ１４の再生条件が成立していると判断される。パティキュレートフィルタ１４の再生条件が成立していないときにはステップ５３に進む。
【００３５】
ステップ５３ではＮＯx吸蔵触媒１６の温度ＴＣが図３に示される下限温度ＴＣ0よりも低いか否かが判別される。ＴＣ＜ＴＣ0のときにはステップ５４に進んで図５（Ａ）に示す関係からＮＯ2変換率Ｒが算出され、図５（Ｂ）に示す関係からＮＯ変換率ＲＲが算出される。次いでステップ５５では次式に基づいてパティキュレートフィルタ１４から単位時間当り排出される排気ガス中のＮＯ量ＷＮＯが算出される。
ＷＮＯ＝ＮＯＸＡ・（１−Ｒ）＋ＲＲ・（ＮＯＸＡ・Ｒ＋ＮＯＸＢ）
次いでステップ５６ではこのＮＯ量ＷＮＯに比例定数Ｋを乗算することによって供給すべきオゾン量Ｑが算出され、この算出された量ＱのオゾンがＮＯx吸蔵触媒１６の上流に供給される。
【００３６】
次いでステップ５７ではＮＯx吸蔵触媒１６からのＮＯx放出処理が行われる。このＮＯx放出処理を行うためのルーチンは図７に示されている。このルーチンについては後で説明する。これに対し、ステップ５３においてＴＣ≧ＴＣ0であると判別されたときにはステップ５７にジャンプする。従ってこのときにはオゾンの供給は停止される。
【００３７】
一方、ステップ５２においてパティキュレートフィルタ１４の再生条件が成立していると判断されたときにはステップ５８に進んで燃焼室２内に追加の燃料を供給することによって或いは燃料供給弁２５から燃料を供給することによってパティキュレートフィルタ１４の温度を６００℃程度まで上昇させる昇温制御が行われ、次いでステップ５３に進んでＮＯx吸蔵触媒１６の温度ＴＣが図３に示す下限温度ＴＣ0よりも低いか否かが判別される。
【００３８】
昇温制御が開始されてパティキュレートフィルタ１４の温度が上昇するとそれに伴ってＮＯx吸蔵触媒１６の温度が上昇し、パティキュレートフィルタ１４の温度が６００℃に向けて上昇している間にＮＯx吸蔵触媒１６の温度ＴＣは図３に示される下限温度ＴＣ0よりも高くなる。ステップ５３においてＴＣ≧ＴＣ0になったと判断されたときにはオゾンの供給が停止され、従ってオゾンの供給はパティキュレートフィルタ１４の昇温中に停止され、昇温制御期間中、停止し続けられることになる。
【００３９】
次に図７に示されるＮＯx放出処理ルーチンについて説明すると、ステップ７０では図４（Ａ）および（Ｂ）に示すマップから夫々算出された排出ＮＯ量ＮＯＸＡおよび排出ＮＯx量ＮＯＸＢが排出ＮＯxの積算値ΣＮＯＸに加算される。次いでステップ７１では排出ＮＯxの積算値ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸを越えたか否かが判別される。排出ＮＯxの積算値ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸを越えたときにはステップ７２に進んでＮＯx吸蔵触媒１６の温度ＴＣが図３に示す下限温度ＴＣ0よりも高いか否かが判別される。
【００４０】
ＴＣ≦ＴＣ0のときにはステップ７３に進んで燃焼室２内に追加の燃料を供給することによって或いは燃料供給弁２５から燃料を供給することによってＮＯx吸蔵触媒１６の温度ＴＣを上昇させる昇温制御が行われる。次いでステップ７２においてＴＣ＞ＴＣ0になったと判断されたときにはステップ７４に進んで燃焼室２内に追加の燃料を供給することによって或いは燃料供給弁２５から燃料を供給することによってＮＯx吸蔵触媒１６に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするリッチ制御が行われる。次いでステップ７５ではΣＮＯＸがクリアされる。
【００４１】
図８はパティキュレートフィルタ１４上流にもオゾンが供給可能な第２実施例を示している。この第２実施例ではパティキュレートフィルタ１４上流にもオゾンを供給するためにオゾン生成器１９が第２のオゾン供給管７６を介して酸化触媒１２とパティキュレートフィルタ１４との間の排気管１３に連結されており、この第２のオゾン供給管７６内に第２のオゾン流量制御弁７７が配置されている。
【００４２】
排気ガス中にオゾンＯ3やＮＯ2が含まれているとパティキュレートフィルタ１４上に堆積したパティキュレートの酸化反応が促進され、従ってパティキュレートフィルタ１４上に堆積したパティキュレートを燃焼除去するためには、即ちパティキュレートフィルタ１４を再生するためには排気ガス中のＯ3やＮＯ2の量をできる限り増大させることが好ましい。そこでこの第２実施例ではパティキュレートフィルタ１４の再生中にはオゾン供給装置１７からパティキュレートフィルタ１４の上流にもオゾンを供給するようにしている。
【００４３】
ところでパティキュレートフィルタ１４上に堆積したパティキュレートの酸化反応を促進させるためにはオゾンの量は過剰とならない範囲で多ければ多いほど好ましく、従ってこの第２実施例ではパティキュレートフィルタ１４を再生すべきときにはオゾン供給装置１７から可能な限り多量のオゾンがパティキュレートフィルタ１４の上流に供給される。ただし、このときパティキュレートフィルタ１４の温度ＴＤが３００℃程度の一定温度ＴＤ0以下でないとオゾンは安定して存在せず、ＴＤ＞ＴＤ0になるとオゾンが分解してしまう。従ってこの第２実施例ではパティキュレートフィルタ１４の再生時にはパティキュレートフィルタ１４の温度をできる限り３００℃以下に維持するために第１実施例とは異なってパティキュレートフィルタ１４の昇温制御は行われない。
【００４４】
一方、この第２実施例ではパティキュレートフィルタ１４の再生中にパティキュレートフィルタ１４上においてＮＯ2がＮＯに変換される。従ってこの第２実施例ではパティキュレートフィルタ１４の再生中、パティキュレートフィルタ１４から流出する排気ガス中のＮＯをＮＯ2に変換するのに必要な量のオゾンがオゾン供給管２０からパティキュレートフィルタ１４の下流に供給され続ける。
【００４５】
図９は第２実施例を実行するための排気浄化制御ルーチンを示している。なお、このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。
図９を参照するとまず初めにステップ８０において図４（Ａ）に示すマップから単位時間当りの排出ＮＯ量ＮＯＸＡが算出され、次いでステップ８１において図４（Ｂ）に示すマップから単位時間当りの排出ＮＯ2量ＮＯＸＢが算出される。
【００４６】
次いでステップ８２ではパティキュレートフィルタ１４の再生条件が成立しているか否かが判別される。前述したように差圧センサ４１により検出されたパティキュレートフィルタ１４の前後差圧が予め定められた差圧を越えたときにパティキュレートフィルタ１４の再生条件が成立したと判断され、その後パティキュレートフィルタ１４の前後差圧が予め定められた差圧以下となるまで、或いは一定時間経過するまで、即ちパティキュレートフィルタ１４上に堆積したパティキュレートが燃焼除去されるまでパティキュレートフィルタ１４の再生条件が成立していると判断される。パティキュレートフィルタ１４の再生条件が成立していないときにはステップ８３に進む。
【００４７】
ステップ８３ではＮＯx吸蔵触媒１６の温度ＴＣが図３に示される下限温度ＴＣ0よりも低いか否かが判別される。ＴＣ＜ＴＣ0のときにはステップ８４に進んで図５（Ａ）に示す関係からＮＯ2変換率Ｒが算出され、図５（Ｂ）に示す関係からＮＯ変換率ＲＲが算出される。次いでステップ８５では次式に基づいてパティキュレートフィルタ１４から単位時間当り排出される排気ガス中のＮＯ量ＷＮＯが算出される。
ＷＮＯ＝ＮＯＸＡ・（１−Ｒ）＋ＲＲ・（ＮＯＸＡ・Ｒ＋ＮＯＸＢ）
次いでステップ８６ではこのＮＯ量ＷＮＯに比例定数Ｋを乗算することによって供給すべきオゾン量Ｑが算出され、この算出された量Ｑのオゾンがオゾン供給管２０からＮＯx吸蔵触媒１６の上流に供給される。
【００４８】
次いでステップ８７では図７に示されるＮＯx吸蔵触媒１６からのＮＯx放出処理が行われる。これに対し、ステップ８３においてＴＣ≧ＴＣ0であると判別されたときにはステップ８７にジャンプする。従ってこのときにはオゾンの供給は停止される。
【００４９】
一方、ステップ８２においてパティキュレートフィルタ１４の再生条件が成立していると判断されたときにはステップ８８に進んでパティキュレートフィルタ１４の温度ＴＤが一定温度ＴＤ0、即ち３００℃よりも低いか否かが判別される。ＴＤ＜ＴＤ0のときにはステップ８９に進んで第２のオゾン供給管７６からパティキュレートフィルタ１４の上流に可能な限り多量のオゾンＱａが供給される。次いでステップ８３に進む。このときにはパティキュレートフィルタ１４の上流にオゾンを供給しない場合に比べてパティキュレートフィルタ１４でのＮＯ2からＮＯへの変換が抑制され、従ってこのときＮＯ変換率として図５（Ｂ）に示されるＮＯ変換率ＲＲに予め定められた減少率Ｓ（０＜Ｓ＜１．０）を乗算した値を用いることもできる。
【００５０】
一方、ステップ８８においてＴＤ≧ＴＤ0になったと判断されたときにはステップ９０に進んで第２のオゾン供給管７６からのオゾンＱａの供給が停止される。次いでステップ８３に進む。即ち、この第２実施例ではパティキュレートフィルタ１４の再生中であってもＴＤ≧ＴＤ0になると第２のオゾン供給管７６からのオゾンの供給が停止される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】圧縮着火式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】ＮＯ吸蔵率およびＮＯ2吸蔵率を示す図である。
【図４】機関から単位時間当り排出されるＮＯ量ＮＯＸＡのマップ等を示す図である。
【図５】ＮＯ2変換率ＲおよびＮＯ変換率ＲＲを示す図である。
【図６】排気浄化制御を実行するためのフローチャートである。
【図７】ＮＯx放出処理を実行するためのフローチャートである。
【図８】圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
【図９】排気浄化制御を実行するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
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
１２    酸化触媒
１４    パティキュレートフィルタ
１６    ＮＯx吸蔵触媒
１７    オゾン供給装置
１８    エアポンプ
１９    オゾン生成器
２０，７６    オゾン供給管
【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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