CN103097680B

CN103097680B - 内燃机的排气净化装置

Info

Publication number: CN103097680B
Application number: CN201180004306.9A
Authority: CN
Inventors: 井上三树男; 吉田耕平; 美才治悠树
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2031-08-29
Also published as: EP2589769A4; JP5218698B1; WO2013031028A1; EP2589769B1; JPWO2013031028A1; EP2589769A8; CN103097680A; US8689546B2; US20130047588A1; EP2589769A1

Abstract

内燃机的排气净化装置具备净化NO_X的排气净化催化剂和后处理装置。排气净化催化剂具有使烃的浓度以预先设定的范围内的振幅和预先设定的范围内的周期振动时还原NO_X的性质，还具有将烃氧化的功能。排气净化装置对排气净化催化剂供给烃，并进行使后处理装置升温的升温控制。排气净化催化剂具有比预先设定的NO_X的净化率高的高净化率范围。在升温控制中，设定烃的总供给量，在高净化率范围中烃的供给周期短的一侧的端部的区域内设定烃的供给周期。

Description

内燃机的排气净化装置

技术领域

本发明涉及内燃机的排气净化装置。

背景技术

柴油发动机、汽油发动机等内燃机的排气含有例如一氧化碳(CO)、未燃燃料(HC)、氮氧化物(NO_X)或粒子状物质(PM：ParticulateMatter)等成分。为了净化这些成分，内燃机安装有排气净化装置。作为除去氮氧化物的方法之一，已知在内燃机排气通路配置NO_X吸留催化剂。另外，作为除去粒子状物质的方法，已知在内燃机排气通路配置颗粒过滤器。

在日本特开2009-257209号公报中，公开了在排气通路具备NO_X吸留催化剂和PM过滤器，在NO_X吸留催化剂与PM过滤器之间的中间部配置有内燃机的排气净化***，在该内燃机的排气净化***中依次配置有用于向PM过滤器供给燃料的第二燃料添加阀、混合器和氧化催化剂。PM过滤器的再生时，通过从第二燃料添加阀供给的燃料在氧化催化剂中被氧化而使排气的温度上升，进而PM过滤器的温度也上升。并且，公开了对NO_X吸留催化剂的NO_X还原处理与对PM过滤器的PM再生处理周期性地重合时，在从第二燃料添加阀添加燃料之前，将混合器附近的排气的温度上升至从第二燃料添加阀添加的燃料在混合器中可靠地气化的温度。

专利文献1：日本特开2009-257209号公报

发明内容

排气中所含的NO_X可以通过重复进行NO_X的吸留和NO_X的释放以及还原的NO_X吸留催化剂来进行净化。在现有技术中，通过将流入NO_X吸留催化剂的排气的空燃比长时间维持在稀，可以在NO_X吸收剂的内部使NO_X以硝酸根离子的形态吸收，可以从排气中除去NO_X。通过使排气的空燃比为理论空燃比或为浓而使吸收在NO_X吸收剂内部的NO_X从吸收剂的内部被释放。从吸收剂的内部被释放的NO_X通过排气中所含的烃等还原剂而还原成氮。通过像这样将排气的空燃比长时间维持在稀后使排气的空燃比为浓的控制来净化NO_X时，存在NO_X吸留催化剂变为高温时NO_X净化率下降的问题。

另外，捕集在颗粒过滤器中的粒子状物质可以通过使颗粒过滤器的温度上升而除去。在该颗粒过滤器的再生中，可以通过对配置在颗粒过滤器的上游侧且能够进行燃料等烃的氧化的催化剂供给燃料等烃，进行颗粒过滤器的升温。然而，设定了用于使颗粒过滤器升温的燃料的总供给量、燃料的供给间隔时，1次的燃料的供给量变多，有可能在能够氧化燃料的催化剂中产生燃料的损失。即，燃料穿过催化剂，其结果，有可能释放到大气中。

本发明的目的是提供一种内燃机的排气净化装置，该内燃机的排气净化装置具备净化NO_X的排气净化催化剂、和达到预先设定的状态时进行升温的后处理装置，即便是排气净化催化剂为高温，也可以得到高NO_X净化率，进而抑制在使后处理装置升温时烃的穿过。

本发明的内燃机的排气净化装置在内燃机排气通路内配置有排气净化催化剂，该排气净化催化剂用于使排气中所含的NO_X与经重整的烃反应，在该排气净化催化剂的排气流通表面上担载有贵金属催化剂，并且在该贵金属催化剂周围形成有碱性的排气流通表面部分，排气净化催化剂具有当使流入排气净化催化剂的烃的浓度以预先设定的范围内的振幅以及预先设定的范围内的周期振动时将排气中所含的NO_X还原的性质，并且具有当使该烃浓度的振动周期比该预先设定的范围长时排气中所含的NO_X的吸留量增大的性质。排气净化装置具备配置在比排气净化催化剂靠下游的内燃机排气通路、在达到预先设定的状态时进行升温的后处理装置，并形成为进行升温控制，所述升温控制是利用在排气净化催化剂中产生的烃的氧化热使排气的温度上升，使后处理装置的温度上升。在使流入排气净化催化剂的烃的浓度以预先设定的范围内的振幅以及预先设定的范围内的周期振动的控制中，在预先设定的期间中供给预先设定的烃的总供给量时，排气净化催化剂具有使烃的供给周期变长时NO_X的净化率上升的上升范围以及比预先设定的NO_X的净化率高的高净化率范围。所述内燃机的排气净化装置在升温控制中，设定后处理装置的升温所需的烃的总供给量，在高净化率范围中烃的供给周期短的一侧的端部的区域内设定烃的供给周期以及每次的烃的供给量，以设定的烃的供给周期以及每次的烃的供给量来进行烃的供给。

在上述发明中，优选在升温控制中，以特定供给周期以及特定供给量来进行烃的供给，所述特定供给周期为高净化率范围中最短的烃的供给周期，所述特定供给量为与特定供给周期对应的每次的烃的供给量。

在上述发明中，优选在升温控制中，以预先设定的间隔检测内燃机的运转状态，基于检测出的内燃机的运转状态设定烃的供给周期以及每次的烃的供给量，变更烃的供给周期以及每次的烃的供给量。

在上述发明中，后处理装置可以包括颗粒过滤器，升温控制可以包括为了氧化堆积于颗粒过滤器的粒子状物质而使温度上升的控制。

在上述发明中，在排气净化催化剂内，通过使排气中所含的NO_X与经重整的烃反应而生成含有氮和烃的还原性中间体，烃浓度的振动周期可以是持续生成还原性中间体所需的周期。

在上述发明中，贵金属催化剂可以由铑Rh和钯Pd中的至少一者以及铂Pt构成。

在上述发明中，排气净化催化剂可以包含碱性层，该碱性层形成于排气流通表面上，且含有碱金属或碱土类金属或稀土类或能够向NO_X供给电子的金属，碱性层的表面可以形成碱性的排气流通表面部分。

根据本发明可以提供具备净化NO_X的排气净化催化剂、和达到预先设定的状态时进行升温的后处理装置，即便是排气净化催化剂为高温，也可以得到高NO_X净化率，进而抑制在使后处理装置升温时烃穿过的内燃机的排气净化装置。

附图说明

图1是实施方式中的压燃式内燃机的整体图。

图2是图示性地表示催化剂载体的表面部分的图。

图3是用于说明排气净化催化剂中的氧化反应的图。

图4是表示在第一NO_X净化方法中流入排气净化催化剂的排气的空燃比的变化的图。

图5是表示第一NO_X净化方法的NO_X净化率的图。

图6A和图6B是用于说明第一NO_X净化方法中利用排气净化催化剂进行的氧化还原反应的图。

图7A和图7B是用于说明第二NO_X净化方法中利用排气净化催化剂进行的氧化还原反应的图。

图8是表示在第二NO_X净化方法中流入排气净化催化剂的排气的空燃比的变化的图。

图9是表示第二NO_X净化方法的NO_X净化率的图。

图10是表示在第一NO_X净化方法中流入排气净化催化剂的排气的空燃比的变化的时间图。

图11是表示在第一NO_X净化方法中流入排气净化催化剂的排气的空燃比的变化的另一时间图。

图12是表示在第一NO_X净化方法中排气净化催化剂的氧化力与要求最小空燃比X的关系的图。

图13是表示在第一NO_X净化方法中能够得到相同NO_X净化率的排气中的氧浓度与烃浓度的振幅ΔH的关系的图。

图14是表示在第一NO_X净化方法中烃浓度的振幅ΔH与NO_X净化率的关系的图。

图15是表示在第一NO_X净化方法中烃浓度的振动周期ΔT与NO_X净化率的关系的图。

图16是表示在第二NO_X净化方法中流入排气净化催化剂的排气的空燃比的变化等的图。

图17是表示NO_X排出量NOXA的映射的图。

图18是表示在第二NO_X净化方法中燃烧室中的燃料喷射时期的图。

图19是表示在第二NO_X净化方法中烃供给量WR的映射的图。

图20是表示在第一NO_X净化方法中来自烃供给阀的烃的喷射模式与流入排气净化催化剂的排气的烃浓度的变化等的图。

图21是说明在第一NO_X净化方法中内燃机的运转状态发生了变化时的烃的喷射模式与烃浓度的变化的图。

图22是通常运转时的第一NO_X净化方法的运转控制的流程图。

图23是说明排气净化催化剂的活性NO_X保持量与NO_X的可保持速度的关系的曲线图。

图24是推定排气净化催化剂的活性NO_X保持量的控制的流程图。

图25是说明活性NO_X保持量与烃的供给量的关系的曲线图。

图26是说明在实施方式的升温控制中烃的供给周期与每次的烃的供给量的关系的曲线图。

图27是说明在实施方式的升温控制中烃的供给周期与NO_X的净化率的关系的曲线图。

图28是用于实施方式中的颗粒过滤器的再生的升温控制的流程图。

图29是由内燃机转数与燃烧室中的燃料喷射量形成函数的1次的烃供给量的映射。

图30是由内燃机转数与燃烧室中的燃料喷射量形成函数的烃的供给周期的映射。

图31是进行实施方式中的升温控制的运转例的时间图。

图32是进行实施方式中的升温控制的其它运转例的时间图。

图33是进行实施方式中的颗粒过滤器的升温时的另一其它运转例的时间图。

具体实施方式

参照图1至图33，对实施方式中的内燃机的排气净化装置进行说明。在本实施方式中，以安装于车辆的压燃式内燃机作为例子进行说明。

图1是本实施方式中的内燃机的整体图。内燃机具备内燃机主体1。另外，内燃机具备净化排气的排气净化装置。内燃机主体1包括作为各气缸的燃烧室2、用于向各燃烧室2喷射燃料的电子控制式燃料喷射阀3、进气歧管4和排气歧管5。

进气歧管4介由进气导管6与排气涡轮增压器7的压缩机7a的出口连结。压缩机7a的入口介由吸入空气量检测器8而与空气过滤器9连结。进气导管6内配置有由步进马达驱动的节流阀10。进而，在进气导管6的中途配置有用于冷却在进气导管6内流动的吸入空气的冷却装置11。在图1所示的实施例中，内燃机冷却水被导入冷却装置11内，利用内燃机冷却水冷却吸入空气。

另一方面，排气歧管5与排气涡轮增压器7的排气涡轮7b的入口连结。排气涡轮7b的出口介由排气管12a而与排气净化催化剂13的入口连结。排气净化催化剂13的出口介由排气管12a而与用于捕集排气中所含的颗粒物质的颗粒过滤器14连结。

排气净化催化剂13的上游配置有烃供给阀15，该烃供给阀15用于供给作为压燃式内燃机的燃料使用的轻油或由其它燃料构成的烃。在本实施方式中，使用轻油作为由烃供给阀15供给的烃。此外，本发明还可适用于将燃烧时的空燃比控制为稀的火花点火式内燃机。此时，从烃供给阀供给作为火花点火式的内燃机的燃料使用的汽油或由其它燃料构成的烃。

排气歧管5与进气歧管4之间配置有用于进行排气再循环(EGR)的EGR通路16。EGR通路16配置有电子控制式的EGR控制阀17。另外，EGR通路16的中途配置有用于冷却在EGR通路16内流动的EGR气体的冷却装置18。在图1所示的实施例中，内燃机冷却水被导入冷却装置18内。利用内燃机冷却水冷却EGR气体。

各燃料喷射阀3介由燃料供给管19与共轨20连结。共轨20介由电子控制式的喷出量可变的燃料泵21与燃料罐22连结。燃料罐22内贮存的燃料通过燃料泵21而供给到共轨20内。供给到共轨20内的燃料介由各燃料供给管19而供给到燃料喷射阀3。

电子控制单元30包含数字计算机。本实施方式中的电子控制单元30起到排气净化装置的控制装置的功能。电子控制单元30具备利用双向性总线31而互相连接的ROM(只读存储器)32、RAM(随机存取存储器)33、CPU(微处理机)34、输入端口35和输出端口36。ROM32预先存储有用于进行控制的必要的映射等信息。CPU34可以进行任意的演算、判断。RAM33可以保存运转履历等信息，或者保存演算结果。

排气净化催化剂13的下游安装有用于检测排气净化催化剂13的温度的温度传感器23。另外，颗粒过滤器14的下游安装有用于检测颗粒过滤器14的温度的温度传感器25。颗粒过滤器14安装有用于检测颗粒过滤器14的前后的差压的差压传感器24。这些温度传感器23、25、差压传感器24以及吸入空气量检测器8的输出信号介由各自对应的AD转换器37而输入到输入端口35。

另外，加速踏板40上连接有负载传感器41，该负载传感器41产生与加速踏板40的踩踏量成比例的输出电压。负载传感器41的输出电压介由对应的AD转换器37输入到输入端口35。进而，输入端口35上连接有曲轴转角传感器42，该曲轴角传感器42在曲轴每旋转例如15°时产生输出脉冲。通过曲轴角传感器42的输出，可以检测曲轴角角度、内燃机转数。另一方面，输出端口36介由对应的驱动电路38与燃料喷射阀3、节流阀10的驱动用步进马达、烃供给阀15、EGR控制阀17和燃料泵21连接。这些燃料喷射阀3、节流阀10、烃供给阀15和EGR控制阀17等利用电子控制单元30来进行控制。

颗粒过滤器14是除去排气中所含的碳微粒、硫酸盐等粒子状物质(颗粒物质)的过滤器。颗粒过滤器14具有例如蜂窝状结构，并具有沿气体流动方向延伸的多个流路。在多个流路中，交替形成下游端被密封的流路与上游端被密封的流路。流路的隔壁由堇青石之类的多孔材料形成。排气通过该隔壁时捕捉颗粒物质。粒子状物质被捕集于颗粒过滤器14。通过在空气过量的气氛中将温度上升至例如650℃左右，依次堆积于颗粒过滤器14的粒子状物质被氧化而除去。

图2是在本实施方式的排气净化催化剂的基体上担载的催化剂载体的表面部分的放大图。排气净化催化剂13具备包括流通排气的通路的基体。基体的通路的表面配置有催化剂载体50，该催化剂载体50用于担载作为贵金属催化剂的催化剂粒子51、52。在本实施方式中，在例如由氧化铝构成的催化剂载体50上担载有贵金属催化剂粒子51、52。进而，在催化剂载体50的表面上形成有碱性层53，该碱性层53含有选自钾K、钠Na、铯Cs之类的碱金属、钡Ba、钙Ca之类的碱土类金属、镧系元素之类的稀土类和银Ag、铜Cu、铁Fe、铱Ir之类的能够向NO_X供给电子的金属中的至少一种。因为排气是沿着催化剂载体50上流动，所以贵金属催化剂粒子51、52可以说是担载于排气净化催化剂13的排气流通表面上。另外，因为碱性层53的表面呈碱性，所以碱性层53的表面被称为碱性的排气流通表面部分54。

另一方面，在图2中，贵金属催化剂粒子51由铂Pt构成，贵金属催化剂粒子52由铑Rh构成。即，担载于催化剂载体50的贵金属的催化剂粒子51、52由铂Pt和铑Rh构成。此外，在排气净化催化剂13的催化剂载体50上，除了铂Pt和铑Rh以外，还可以担载有钯Pd、或者可以代替铑Rh而担载钯Pd。即，担载于本实施方式的催化剂载体50的贵金属催化剂粒子51、52由铑Rh和钯Pd中的至少一种以及铂Pt构成。

图3图示性地表示在本实施方式的排气净化催化剂中进行的烃的重整作用。如图3所示，从烃供给阀15喷射的烃HC通过催化剂粒子51的催化作用而成为碳原子数少的自由基状烃HC。

图4表示从烃供给阀供给烃的供给时刻和流入排气净化催化剂的排气的空燃比的变化。在本发明中，将向内燃机进气通路、燃烧室和排气净化催化剂上游的排气通路内供给的空气和燃料(烃)之比称为排气的空燃比(A/F)。流入排气净化催化剂的排气的空燃比(A/F)_in的变化依赖于流入排气净化催化剂13的排气中的烃浓度变化，所以图4所示的空燃比(A/F)_in的变化也可以说表示烃的浓度变化。但是，因为烃浓度变高时，空燃比(A/F)_in变小，所以在图4中，空燃比(A/F)_in越靠近浓侧，烃浓度越高。

图5是表示本实施方式中的排气净化催化剂的催化剂温度与NO_X净化率的关系的曲线图。图5表示相对于排气净化催化剂13的催化剂温度TC的NO_X净化率，该NO_X净化率是如图4所示地使流入排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)_in周期性地变化时的NO_X净化率。本发明的发明人经过长期反复地进行关于NO_X净化的研究，在该研究课程中明确了如果使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先设定的范围内的振幅和预先设定的范围内的周期进行振动，则即便是在例如400℃以上的高温区域中也能够得到极高的NO_X净化率。

另外，明确了此时含有氮和烃的大量的还原性中间体被持续保持在碱性层53的表面上，即排气净化催化剂13的碱性排气流通表面部分54上。进而，明确了该还原性中间体在得到高NO_X净化率方面起到核心作用。接着，参照图6A和6B对此进行说明。

图6A和图6B图示性地表示排气净化催化剂的催化剂载体的表面部分。图6A和图6B表示了推测为在使流入排气净化催化剂的烃的浓度以预先设定的范围内的振幅和预先设定的范围内的周期振动时发生的反应。图6A表示流入排气净化催化剂13的烃的浓度低时，图6B表示从烃供给阀15供给烃而使流入排气净化催化剂13的烃的浓度变高时。

另外，由图4可知，流入排气净化催化剂13的排气的空燃比除了一瞬间以外维持在稀。流入排气净化催化剂13的排气通常处于氧过量的状态。因此，排气所含的NO如图6A所示在铂的催化剂粒子51上被氧化而成为NO₂，接着该NO₂进一步被氧化而成为NO₃。另外，NO₂的一部分成为NO₂ ^-。此时，NO₃的生成量远远多于NO₂ ^-的生成量。因此，在铂的催化剂粒子51上生成大量的NO₃和少量的NO₂ ^-。这些NO₃和NO₂ ^-的活性强。在本发明中，将这些NO₃和NO₂ ^-称为活性NO_X，用记号NO_X ^*表示。在碱性层53的表面上NO_X以活性NO_X的形态保持。即，在碱性的排气流通表面部分54上保持排气所含的NO_X。

另一方面，从烃供给阀15供给烃时，如图3所示，烃在排气净化催化剂13内被重整而成为自由基。其结果是，如图6B所示，活性NO_X周围的烃浓度升高。然而活性NO_X生成后，活性NO_X周围的氧浓度高的状态持续一定时间以上，则活性NO_X被氧化，以硝酸根离子NO₃ ^-的形式被吸收到碱性层53内。但是，如果在经过该一定时间之前，活性NO_X周围的烃浓度升高，则如图6B所示，活性NO_X在催化剂粒子51上与自由基状态的烃HC反应，由此生成还原性中间体。该还原性中间体保持在碱性层53的表面上。

此外，认为此时最初生成的还原性中间体是硝基化合物R-NO₂。因为该硝基化合物R-NO₂一生成就会成为腈化合物R-CN。该腈化合物R-CN只能在该状态下存在瞬间，所以立刻成为异氰酸酯化合物R-NCO。如果该异氰酸酯化合物R-NCO水解，则成为胺化合物R-NH₂。但是，认为此时被水解的是异氰酸酯化合物R-NCO的一部分。因此，如图6B所示，认为保持在碱性层53的表面上的还原性中间体大部分是异氰酸酯化合物R-NCO和胺化合物R-NH₂。

另一方面，如图6B所示，烃HC包围生成的还原性中间体的周围时，还原性中间体被烃HC所阻碍，不能继续进行反应。此时，如果流入排气净化催化剂13的烃的浓度降低，由此使得氧浓度升高，则还原性中间体周围的烃被氧化。其结果，如图6A所示，还原性中间体与活性NO_X发生反应。这时，活性NO_X与还原性中间体R-NCO、R-NH₂反应而成为N₂、CO₂、H₂O，其结果，NO_X得到净化。

像这样，在排气净化催化剂13中，通过提高流入排气净化催化剂13的烃的浓度而生成还原性中间体，降低流入排气净化催化剂13的烃的浓度来提高氧浓度，从而使活性NO_X与还原性中间体反应，NO_X得以净化。即，若要通过排气净化催化剂13净化NO_X，则需要周期性地改变流入排气净化催化剂13的烃的浓度。

当然，此时需要将烃的浓度升高至生成还原性中间体所需的足够高的浓度，将烃的浓度降低至使生成的还原性中间体与活性NO_X反应所需的足够低的浓度。即，需要使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先设定的范围内的振幅振动。此外，此时，必须在碱性层53上即碱性的排气流通表面部分54上保持充足量的还原性中间体R-NCO、R-NH₂直至所生成的还原性中间体与活性NO_X反应，为此设有碱性的排气流通表面部分54。

另一方面，如果延长烃的供给周期，则在供给烃后直至下次供给烃的期间，氧浓度升高的期间变长，因而活性NO_X不生成还原性中间体而以硝酸盐的形式被吸收于碱性层53内。为了回避这一情况，需要使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先设定的范围内的周期进行振动。

因此，根据本发明的实施例中，为了使排气中所含的NO_X与经重整的烃反应而生成含有氮和烃的还原性中间体R-NCO、R-NH₂，在排气净化催化剂13的排气流通表面上担载有贵金属催化剂粒子51、52。为了将生成的还原性中间体R-NCO、R-NH₂保持在排气净化催化剂13内，在贵金属催化剂粒子51、52周围形成有碱性的排气流通表面部分54。通过碱性的排气流通表面部分54上保持的还原性中间体R-NCO、R-NH₂的还原作用而还原NO_X，使烃浓度的振动周期为持续生成还原性中间体R-NCO、R-NH₂所需要的振动周期。顺带说明，在图4所示的例子中，使喷射间隔为3秒。

烃浓度的振动周期，即烃HC的供给周期比上述预先设定的范围内的周期长时，还原性中间体R-NCO、R-NH₂从碱性层53的表面上消失，此时，如图7A所示，在催化剂粒子51上生成的活性NO_X以硝酸根离子NO₃ ^-的形式在碱性层53内扩散，成为硝酸盐。即，此时，排气中的NO_X以硝酸盐的形式被吸收到碱性层53内。

另一方面，图7B表示像这样NO_X以硝酸盐的形式被吸收到碱性层53内时，使流入排气净化催化剂13内的排气的空燃比为理论空燃比或浓的情况。此时，由于排气中的氧浓度降低，所以反应逆向(NO₃ ^-→NO₂)进行，这样一来，被吸收到碱性层53内的硝酸盐依次成为硝酸根离子NO₃ ^-，如图7B所示，以NO₂的形式从碱性层53中释放。接着，释放的NO₂被排气中所含的烃HC和CO还原。

图8是表示碱性层的NO_X吸收能力临近饱和之前使流入排气净化催化剂的排气的空燃比(A/F)_in暂时为浓的情况。此外，在图8所示的例子中，该浓控制的时间间隔为1分钟以上。此时，排气的空燃比(A/F)_in为稀时被吸收到碱性层53内的NO_X在排气的空燃比(A/F)_in暂时为浓时，从碱性层53一次性释放而被还原。因此，此时碱性层53起到用于暂时吸收NO_X的吸收剂的作用。

此外，也存在此时碱性层53暂时吸附NO_X的情况，因而如果作为包括吸收和吸附二者的术语而使用吸留这一术语，则此时碱性层53起到用于暂时吸留NO_X的NO_X吸留剂的作用。即，此时，排气净化催化剂13作为在排气的空燃比为稀时吸留NO_X、在排气中的氧浓度降低时将吸留的NO_X释放的NO_X吸留催化剂发挥功能。

图9表示使排气净化催化剂作为NO_X吸留催化剂发挥功能时的NO_X净化率。此外，图9的横轴表示排气净化催化剂13的催化剂温度TC。使排气净化催化剂13作为NO_X吸留催化剂发挥功能时，在催化剂温度TC为300℃至400℃时可以得到极高的NO_X净化率，但催化剂温度TC为400℃以上的高温时，NO_X净化率降低。

像这样催化剂温度TC为400℃以上时NO_X净化率下降是因为催化剂温度TC为400℃以上时硝酸盐热分解而以NO₂的形式从排气净化催化剂13中释放。即，只要是将NO_X以硝酸盐的形式吸留，就难以在催化剂温度TC高时得到高NO_X净化率。但是，在图4至图6A、6B所示的新的NO_X净化方法中，由图6A、6B可知，不生成硝酸盐，或者即使生成也是极微量，其结果，如图5所示，即使在催化剂温度TC高时，也能够得到高NO_X净化率。

因此在本发明中，在内燃机排气通路内配置用于供给烃的烃供给阀15，在烃供给阀15下游的内燃机排气通路内配置用于使排气中所含的NO_X与经重整的烃反应的排气净化催化剂13，排气净化催化剂13的排气流通表面上担载有贵金属催化剂粒子51、52，且在贵金属催化剂粒子51、52的周围形成有碱性的排气流通表面部分54，排气净化催化剂13具有当使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先设定的范围内的振幅以及预先设定的范围内的周期振动时将排气中所含的NO_X还原的性质，并且具有当使烃浓度的振动周期比预先设定的范围长时排气中所含的NO_X的吸留量增大的性质，在内燃机运转时使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先设定的范围内的振幅以及预先设定的范围内的周期振动，从而在排气净化催化剂13中还原排气中所含的NO_X。

即，图4至图6A、6B所示的NO_X净化方法可以说是在使用担载有贵金属催化剂粒子且形成了能够吸收NO_X的碱性层的排气净化催化剂的情况下，大体上不形成硝酸盐而净化NO_X的新型的NO_X净化方法。实际上，使用了该新型NO_X净化方法的情况与使排气净化催化剂13作为NO_X吸留催化剂发挥功能的情况相比，从碱性层53检测到的硝酸盐是极微量的。此外，在本发明中，将该新型NO_X净化方法称为第一NO_X净化方法。

接着，参照图10至图15，对第一NO_X净化方法更详细地进行说明。

图10将图4所示的空燃比(A/F)_in的变化进行放大而表示。此外，如上所述，该向排气净化催化剂13流入的排气的空燃比(A/F)_in的变化表示同时流入排气净化催化剂13的烃的浓度变化。此外，在图10中，ΔH表示流入排气净化催化剂13的烃HC的浓度变化的振幅，ΔT表示流入排气净化催化剂13的烃浓度的振动周期。

进而，在图10中，(A/F)_b代表表示用于产生内燃机输出功率的燃烧气体的空燃比的基础空燃比。换言之，该基础空燃比(A/F)_b表示停止烃供给时流入排气净化催化剂13的排气的空燃比。另一方面，在图10中，X表示生成的活性NO_X不是以硝酸盐的形式吸留在碱性层53内而是用于生成还原性中间体的空燃比(A/F)_in的上限。为了使活性NO_X与经重整的烃反应而生成还原性中间体，需要使空燃比(A/F)_in低于该空燃比的上限X。

换句话说，图10的X表示活性NO_X与经重整的烃反应而生成还原性中间体所需的烃的浓度的下限，为了生成还原性中间体，需要使烃的浓度高于该下限X。此时，是否生成还原性中间体由活性NO_X周围的氧浓度与烃浓度的比率，即由空燃比(A/F)_in决定，以下将生成还原性中间体所需的上述空燃比的上限X称为要求最小空燃比。

在图10所示的例子中，要求最小空燃比X为浓，因此，此时为了生成还原性中间体，使空燃比(A/F)_in瞬时性地为要求最小空燃比X以下，即为浓。与此相对，在图11所示的例子中，要求最小空燃比X为稀。此时，通过使空燃比(A/F)_in维持为稀的同时周期性地降低空燃比(A/F)_in而生成还原性中间体。

此时，要求最小空燃比X为浓还是为稀取决于排气净化催化剂13的氧化力。此时，就排气净化催化剂13而言，例如增大贵金属催化剂粒子51的担载量，则氧化力强，如果增强酸性，则氧化力强。因此，排气净化催化剂13的氧化力根据贵金属催化剂粒子51的担载量、酸性的强度而变化。

另外，如果在使用了氧化力强的排气净化催化剂13的情况下，如图11所示，使空燃比(A/F)_in维持为稀且周期性地降低空燃比(A/F)_in，则在降低空燃比(A/F)_in时，烃完全被氧化，其结果是，不能生成还原性中间体。与此相对，如果在使用了氧化力强的排气净化催化剂13的情况下，如图10所示，使空燃比(A/F)_in周期性地为浓，则空燃比(A/F)_in为浓时一部分的烃没有被完全氧化而是被部分氧化，即烃被重整，从而生成还原性中间体。因此，使用氧化力强的排气净化催化剂13的情况下，要求最小空燃比X需要为浓。

另一方面，如果在使用氧化力弱的排气净化催化剂13的情况下，如图11所示，使空燃比(A/F)_in维持为稀且周期性地降低空燃比(A/F)_in，则烃没有被完全氧化而是被部分氧化，即烃被重整，从而生成还原性中间体。与此相对，如果在使用了氧化力弱的排气净化催化剂13的情况下，如图10所示，使空燃比(A/F)_in周期性地为浓，则大量的烃没有被氧化，只是从排气净化催化剂13中排出。因此，无谓消耗的烃量增大。因此，使用了氧化力弱的排气净化催化剂13的情况下，要求最小空燃比X需要为稀。

即，可知需要如图12所示，排气净化催化剂13的氧化力越强，越降低要求最小空燃比X。这样，要求最小空燃比X根据排气净化催化剂13的氧化力而变为稀或变为浓。以下将要求最小空燃比X为浓的情况作为例子，对流入排气净化催化剂13的烃浓度变化的振幅、流入排气净化催化剂13的烃浓度的振动周期进行说明。。

另外，基础空燃比(A/F)_b变大时，即供给烃之前的排气中的氧浓度升高时，使空燃比(A/F)_in为要求最小空燃比X以下所需的烃的供给量增大，随之对还原性中间体的生成未作出贡献的剩余的烃量也增大。此时，为了将NO_X良好地净化，如上所述，需要将该剩余的烃氧化。因此，为了将NO_X良好地净化，剩余的烃量越多，越需要大量的氧。

此时，只要提高排气中的氧浓度，就可以增大氧量。因此，为了将NO_X良好地净化，需要在供给烃之前的排气中的氧浓度高时，提高烃供给后的排气中的氧浓度。即，供给烃之前的排气中的氧浓度越高，越需要增大烃浓度的振幅。

图13表示能够得到相同的NO_X净化率时的、供给烃之前的排气中的氧浓度与烃浓度的振幅ΔH的关系。从图13可知，为了得到相同的NO_X净化率，供给烃之前的排气中的氧浓度越高，越需要增大烃浓度的振幅ΔH。即，为了得到相同的NO_X净化率，基础空燃比(A/F)_b越高越需要增大烃浓度的振幅ΔH。换句话说，为了良好地净化NO_X，基础空燃比(A/F)_b越低越可以减少烃浓度的振幅ΔH。

然而，基础空燃比(A/F)_b最低发生在加速运转时，只要此时烃浓度的振幅ΔH为200ppm左右，就可以良好地净化NO_X。基础空燃比(A/F)_b通常比加速运转时大，因此，如图14所示，只要烃浓度的振幅ΔH为200ppm以上，即可得到良好的NO_X净化率。

另一方面，可知基础空燃比(A/F)_b最高时，只要使烃浓度的振幅ΔH为10000ppm左右，就能够得到良好的NO_X净化率。因此，在本发明中，烃浓度的振幅的预先设定的范围是200ppm至10000ppm。

另外，烃浓度的振动周期ΔT变长时，从供给烃后至下次供给烃的期间，活性NO_X周围的氧浓度变高。此时，烃浓度的振动周期ΔT比5秒左右长时，活性NO_X开始以硝酸盐的形式被吸收到碱性层53内。因此，如图15所示，烃浓度的振动周期ΔT比5秒左右长时，NO_X净化率下降。因此，烃浓度的振动周期ΔT需要为5秒以下。

另一方面，烃浓度的振动周期ΔT大致为0.3秒以下时，供给的烃开始堆积在排气净化催化剂13的排气流通表面上，因此，如图15所示，烃浓度的振动周期ΔT大致为0.3秒以下时，NO_X净化率降低。因此，在本发明中，烃浓度的振动周期为0.3秒至5秒之间。

接着，参照图16至图19，对使排气净化催化剂作为NO_X吸留催化剂发挥功能时的NO_X净化方法进行具体说明。在本发明中，将使排气净化催化剂13作为NO_X吸留催化剂发挥功能时的NO_X净化方法称为第二NO_X净化方法。

图16表示在第二净化方法中净化NO_X时的时间图。在该第二NO_X净化方法中，碱性层53所吸留的吸留NO_X量∑NOX超过预先设定的允许量MAX时，使流入排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)_in暂时变为浓。使排气的空燃比(A/F)_in变为浓时，排气的空燃比(A/F)_in为稀时吸留在碱性层53内的NO_X从碱性层53一次性地释放而被还原。由此使NO_X被净化。

吸留NO_X量∑NOX例如由从内燃机排出的NO_X量算出。在根据本发明的实施例中，每单位时间从内燃机排出的排出NO_X量NOXA作为喷射量Q和内燃机转数N的函数以如图17所示的映射的形式预先存储在ROM32内。由该NO_X排出量NOXA算出吸留NO_X量∑NOX。此时，如上所示，使排气的空燃比(A/F)_in为浓的周期通常为1分钟以上。

在本实施方式中的第二NO_X净化方法中，如图18所示，从燃料喷射阀3向燃烧室2内加入燃烧用燃料Q，喷射追加的燃料WR，从而使流入排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)_in为浓。此外，图18的横轴表示曲轴转角。本实施方式中的追加的燃料WR在燃烧但不体现为内燃机输出功率的时期，即压缩上止点后紧邻ATDC90°之前进行喷射。该燃料量WR作为喷射量Q和内燃机转数N的函数以图19所示的映射形式预先存储在ROM32内。当然，此时也可以通过增大从烃供给阀15供给的烃的供给量，使排气的空燃比(A/F)_in为浓。

另外，再次回到对第一NO_X净化方法的说明，为了使用第一NO_X净化方法良好地净化NO_X，如上所述，需要适当地控制烃浓度的振幅ΔH和振动周期ΔT。即，为了利用第一NO_X净化方法良好地净化NO_X，需要控制烃浓度的振幅ΔH而使流入排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)_in为要求最小空燃比X以下，并将烃浓度的振动周期ΔT控制在0.3秒至5秒之间。

此时，在本发明中，烃浓度的振幅ΔH通过控制来自烃供给阀15的烃的喷射量进行控制，烃浓度的振动周期ΔT通过控制来自烃供给阀15的烃的喷射周期进行控制。此外，此时，来自烃供给阀15的烃的喷射量可以通过改变来自烃供给阀15的烃的喷射时间或喷射压中的至少一方进行控制。

然而，在利用第一NO_X净化方法进行NO_X的净化作用时，最要求的是在任何运转状态下均能够得到高NO_X净化率，供给的烃不穿过排气净化催化剂13。对这一点进行了反复研究，结果明确了在排气净化催化剂13中完全被氧化的烃的量与部分被氧化的烃的量支配NO_X净化率与烃的穿过量。接着，参照图20，对此进行说明。

图20表示从烃供给阀以相同的喷射压且以不同的喷射时间进行喷射的烃的三种喷射模式A、B、C。此时，喷射时间是喷射模式A最短、喷射模式C最长。另外，图20表示了以各喷射模式A、B、C进行喷射后，流入排气净化催化剂13的排气中的烃浓度的时间性变化。进而，图20表示以各喷射模式A、B、C进行喷射时的NO_X净化率与排气净化催化剂13的烃的穿过量。

另外，流入排气净化催化剂13的排气中的烃浓度、即每单位排气量的烃量少时，该烃在排气净化催化剂13中完全被氧化。另一方面，排气中的烃浓度、即每单位排气量的烃量增大时，在排气净化催化剂13中不能将全部的烃完全氧化。此时，一部分的烃被部分氧化。像这样，排气中的烃浓度存在在排气净化催化剂13中全部的烃完全被氧化的限度，该限度在图20中由XA表示。

即，在图20中，烃浓度低于限度XA时，全部的烃完全被氧化，因此在图20中比限度XA靠下方的剖面线区域RA中全部的烃完全被氧化。此时，剖面线区域RA的面积表示烃量，因此，与剖面线区域RA相等的量的烃完全被氧化。此外，以下将该限度XA称为完全氧化限度。

另一方面，在图20中，在比完全氧化限度XA靠上方的区域RB中，在排气净化催化剂13中进行烃的部分氧化作用。此时，在图20中，剖面线区域RB表示部分氧化的烃量。由该部分氧化的烃生成还原性中间体，所以由该部分氧化的烃进行利用第一NO_X净化方法的NO_X的净化作用。此外，实际上，该部分氧化的烃的一部分不用于还原性中间体的生成而被氧化，由部分氧化的剩余的烃生成还原性中间体。

另一方面，流入排气净化催化剂13的排气中的烃浓度、即每单位排气量的烃量进一步增大时，一部分的烃在排气净化催化剂13中不仅不被完全氧化而且连部分氧化也不进行，此时，连氧化都没有进行的一部分的烃就穿过排气净化催化剂13。产生该烃的穿过的烃的限度在图20中由XB表示，以下将该限度XB称为穿过限度。在图20中，比该穿过限度XB靠上方的剖面线区域RC表示烃的穿过量。

为了将排气中所含的NO_X用第一NO_X净化方法进行净化，需要相对于排气中所含的NO_X量，有足够量的烃被部分氧化，被部分氧化的烃量RB不足时，NO_X净化率下降。图20中的喷射模式A表示像这样部分氧化的烃量RB不足的情况，此时，如图20所示，NO_X净化率下降。

另一方面，在图20中，喷射模式B表示为了增大部分氧化的烃量RB而相比于喷射模式A延长喷射时间的情况。喷射时间延长时，部分氧化的区域RB表示的烃量增大，因此如图20所示，NO_X净化率变高。此外，图20表示即便是喷射模式B，部分氧化的烃量RB也有些不足的情况。

在图20中，喷射模式C表示为了进一步增大部分氧化的烃量RB而相比于喷射模式B进一步延长喷射时间的情况。此时，如图20所示，NO_X净化率提高。但是，此时烃浓度超过穿过限度XB，所以发生烃的穿过。

另外，排气净化催化剂13的温度上升时，在排气净化催化剂13中，每单位时间被氧化的烃量增大，即对烃的氧化速度增大，其结果排气净化催化剂13的温度上升时，完全氧化限度XA上升。另一方面，排气净化催化剂13的温度上升时，在温度上升之前穿过的烃被部分氧化，所以穿过限度XB也上升。即，排气净化催化剂13的温度上升时，完全氧化限度XA与穿过限度XB一起上升。因此，利用第一NO_X净化方法进行NO_X的净化时，需要考虑这一点而进行烃的喷射控制。

图21表示考虑这一点而进行烃的喷射控制时的一个例子。此外，图21所示的例子是表示在将喷射压维持在恒定的状态下通过控制喷射时间来控制烃的喷射量的情况。在烃的喷射量的控制中，还可以通过控制喷射压来调整烃的喷射量。

在图21中，喷射模式A1表示内燃机转数和负荷比较低时，喷射模式A3表示内燃机转数和负荷比较高时，喷射模式A2表示内燃机转数和负荷分别为由喷射模式A1表示的情况和由喷射模式A3表示的情况的中间的情况。即，随着内燃机转数和负荷变高，喷射模式从A1向A3变化。

另外，内燃机转数和负荷越高，排气净化催化剂13的温度越高，因此，内燃机转数和负荷越高，完全氧化限度XA和穿过限度XB也越高。另一方面，转数和负荷越高，每单位时间从内燃机的排出NO_X量增大，因此，内燃机转数和负荷越高，越需要增大部分氧化的烃量RB。此时，为了增大部分氧化的烃量RB，需要增大烃的喷射量。因此，为了能够生成NO_X的净化所需量的部分氧化烃，在图21所示的例子中，通过随着内燃机转数和负荷的增高而延长喷射时间来使喷射量增量。

接着，对本实施方式中的通常运转的控制进行说明。在这里，内燃机的通常运转表示根据要求负荷来控制内燃机主体的状态。例如，后述的进行颗粒过滤器的再生的运转状态等不包括在通常运转中。在本实施方式中的内燃机的排气净化装置中，推定保持在排气净化催化剂的NO_X量和NO_X的保持速度，基于推定的NOx量和NO_X保持速度，设定从烃供给阀供给烃的时期和烃的供给量。

参照图6A和图6B，如上所述，在第一NO_X净化方法中，流入排气净化催化剂13的排气在氧过量的状态下形成活性NO_X。通过活性NO_X保持在碱性层53的表面上，可以除去排气中所含的NO_X。

然而，将排气中的NO_X保持在碱性层的表面上的排气净化催化剂13的保持能力有限，如果保持能力小，则不能将NO_X从排气中充分地除去。例如，排气净化催化剂13的活性NO_X的保持量有限，活性NO_X的保持量越多，作为保持排气中所含的NO_X的速度的NO_X的保持速度越下降。如果NO_X的保持速度下降，则不能保持在排气净化催化剂中而穿过排气净化催化剂的NO_X量增加。像这样，NO_X的保持速度下降时，NO_X的净化率下降。

本实施方式中的排气净化催化剂13具有作为每单位时间能够保持NO_X的最大量的可保持速度。可保持速度依赖排气净化催化剂的状态、内燃机主体的运转状态等内燃机的运转状态。在本实施方式中的排气净化装置的运转控制中，在进行第一NO_X净化方法的期间中推定可保持速度。基于推定的可保持速度，推定排气净化催化剂13的NO_X的保持能力。基于推定的保持能力来设定从烃供给阀15供给烃的时期。在本实施方式中，作为排气净化催化剂13的NO_X的保持能力，采用排气净化催化剂13的NO_X的净化率。不能以预先设定的净化率净化流入排气净化催化剂的NO_X时，进行从烃供给阀供给烃的控制。

图22表示本实施方式中的内燃机的通常运转时的运转控制的流程图。图22表示的控制例如可以以预先设定的时间间隔重复进行。

在步骤101中，推定每单位时间流入排气净化催化剂的NO_X量NOXA。在本实施方式中，每单位时间流入排气净化催化剂的NO_X量与每单位时间从内燃机主体排出的NO_X量NOXA相等。因此，每单位时间流入排气净化催化剂13的NO_X量NOXA例如可以通过如图17所示的由内燃机转数N与燃烧室中的燃料的喷射量Q形成函数的映射来进行推定。

在步骤102中，设定用于将排气中所含的NO_X以所需的净化率以上进行净化的要求保持速度VHR。在本实施方式中，要求保持速度VHR可以将每单位时间流入排气净化催化剂的NO_X量NOXA与预先设定的净化率相乘而设定。

接着，在步骤103中，推定排气净化催化剂的NO_X的可保持速度VH。即，推定每单位时间能够用排气净化催化剂13从排气中除去NO_X的最大的量。

图23表示说明本实施方式中的排气净化催化剂的活性NO_X保持量与可保持速度VH的关系的曲线图。排气净化催化剂13的可保持速度依赖于作为保持在排气净化催化剂13的NO_X量的活性NO_X保持量。活性NO_X保持量越多，可保持速度越小。因此，可以基于活性NO_X保持量来推定可保持速度VH。

在本实施方式中，以预先设定的时间间隔读入推定的活性NO_X保持量ACNOXW。对于以预先设定的时间间隔来推定活性NO_X保持量的控制进行后述。基于存储在电子控制单元30的活性NO_X保持量，可以推定排气净化催化剂13的可保持速度VH。

然而，排气净化催化剂的NO_X的可保持速度还依赖于活性NO_X保持量以外的内燃机的运转状态。例如，排气净化催化剂的可保持速度依赖于排气净化催化剂中的空间速度、排气净化催化剂的温度等。因此，也可以检测内燃机的运转状态，并基于检测出的内燃机的运转状态修正可保持速度。

接着，对在第一NO_X净化方法中推定排气净化催化剂的NO_X的保持量的控制进行例示。

图24是表示推定保持在排气净化催化剂的活性NO_X保持量的控制的流程图。推定活性NO_X保持量的控制可以与图22所示的供给烃的控制独立地进行。在本实施方式中，利用排气净化催化剂的NO_X的可保持速度来推定活性NO_X保持量。

在步骤111中，推定每单位时间流入排气净化催化剂的NO_X量NOXA。接着，在步骤112中，推定排气净化催化剂的NO_X的可保持速度VH。在这里，作为NO_X的可保持速度VH，例如，可以利用最近推定的NO_X的可保持速度VH。

接着，在步骤113中，判断排气净化催化剂的NO_X的可保持速度VH是否为每单位时间流入排气净化催化剂的NO_X量NOXA以上。在步骤113中，可保持速度VH为每单位时间流入的NO_X量NOXA以上时，进入步骤114。此时，可以判断为排气净化催化剂的NO_X的可保持速度大，流入排气净化催化剂的NO_X量的几乎全部保持于排气净化催化剂。

在步骤114中，将每单位时间流入排气净化催化剂的NO_X量NOXA与由上次的活性NO_X保持量的计算得到的经过时间Δt相乘，算出活性NO_X的增加量。通过将活性NO_X的增加量(NOXA·Δt)与上次算出的活性NO_X保持量ACNOXW相加，可以算出此次的活性NO_X保持量。

在步骤113中，NO_X的可保持速度VH小于每单位时间流入排气净化催化剂的NO_X量NOXA时，进入步骤115。此时，可以判断为相对于流入排气净化催化剂的NO_X量，排气净化催化剂的NO_X的保持能力小。

在步骤115中，将NO_X的可保持速度VH与由上次的活性NO_X保持量的计算得到的经过时间Δt相乘，可以算出活性NO_X的增加量(VH·Δt)。通过将算出的活性NO_X的增加量与上次的活性NO_X保持量ACNOXW相加，可以算出这次的活性NO_X保持量ACNOXW。

在步骤116中，将在这次的计算中算出的活性NO_X保持量ACNOXW存储在电子控制单元中。

像这样，在活性NO_X保持量ACNOXW的推定中，推定新保持的活性NO_X量，通过将上次计算中的活性NO_X保持量与新保持的活性NO_X量相加，可以推定各个时刻的活性NO_X保持量。另外，对于排气净化催化剂的活性NO_X保持量的推定，不限于上述方式，可以通过任意控制而推定活性NO_X保持量。

参照图22，接着，在步骤104中，判断排气净化催化剂的NO_X的可保持速度VH是否为要求保持速度VHR以上。NO_X的可保持速度VH为要求保持速度VHR以上时，排气净化催化剂的NO_X的保持能力高，所以可以判断为在这次的控制中不从烃供给阀供给烃。此时，结束这次的运转控制。

在步骤104中，排气净化催化剂的NO_X的可保持速度VH小于要求保持速度VHR时，进入步骤105。此时，可以判断为排气净化催化剂的NO_X的净化率小于所需的NOx的净化率。可以判断为排气净化催化剂的NO_X的保持能力小于预先设定的保持能力的判定值。因此，进行从烃供给阀供给烃，将保持在排气净化催化剂上的活性NO_X还原而除去的控制。

在步骤105中，设定从烃供给阀供给的烃的供给量WM。在本实施方式的排气净化装置中，基于排气净化催化剂的活性NO_X保持量，设定这次的烃的供给量WM。

图25表示说明活性NO_X保持量相对于保持在排气净化催化剂的烃的供给量的关系的曲线图。可以设定成活性NO_X保持量ACNOXW越多，向排气净化催化剂供给的烃的供给量WM越大。可以基于活性NO_X保持量来设定烃的供给量WM。在本实施方式中，将烃的供给量设定成能够将保持在排气净化催化剂的几乎全部的活性NO_X除去。

然而，还原性中间体的生成效率根据内燃机的运转状态而发生变化。因此，在烃的供给量的设定中，可以基于内燃机的运转状态来修订烃的供给量。例如，也可以作为内燃机的运转状态来推定流入排气净化催化剂的排气的氧浓度、排气净化催化剂中的空间速度等，并基于推定的氧浓度等来修正烃的供给量。

参照图22，在步骤105中设定烃的供给量WM后，在步骤106中，以设定的烃的供给量，从烃供给阀供给烃。通过向排气净化催化剂供给烃，可以从排气净化催化剂中除去NO_X。

接着，在步骤107中，将排气净化催化剂的活性NO_X保持量ACNOXW复位。在本实施方式中，从烃供给阀供给的烃的供给量设定为能够将几乎全部的保持在排气净化催化剂的活性NO_X除去的量。因此，在本实施方式中，进行使排气净化催化剂的活性NO_X保持量为零的控制。

像这样，在本实施方式的内燃机的通常运转中，基于活性NO_X保持量和NO_X的可保持速度来设定烃的供给时期以及烃的供给量。通过进行该控制，可以抑制由于烃供给量过少而不能充分还原保持在排气净化催化剂的活性NO_X、或者烃的供给量过多而无谓消耗烃

通过进行本实施方式中的通常运转的控制，以高负荷和高转数进行运转时，向内燃机排气通路供给烃时的供给周期变短，进而，1次的烃的供给量变多。另一方面，以低负荷和低转数进行运转时，供给烃时的供给周期变长，进而，1次的烃的供给量变少。

在上述运转控制中，作为排气净化催化剂的NO_X的保持能力采用NO_X的净化率，但不限于该方式，例如，也可以推定保持在碱性层的表面上的NO_X保持量，在推定的NO_X保持量超过预先设定的NO_X保持量的判定值时，判断为排气净化催化剂的NO_X的保持能力小于保持能力的判定值。

参照图1，本实施方式中的内燃机的排气净化装置具备作为后处理装置的颗粒过滤器14。颗粒过滤器14配置在排气净化催化剂13的下游。持续内燃机的运转时，在颗粒过滤器14堆积粒子状物质。粒子状物质的堆积量例如可以通过利用差压传感器24检测出的颗粒过滤器14的前后的差压来推定。在本实施方式中，在颗粒过滤器14堆积有规定量的粒子状物质时，通过使颗粒过滤器14的温度上升，进行将粒子状物质氧化而除去的再生。颗粒过滤器14的再生时，进行使颗粒过滤器14的温度上升至目标温度的升温控制。

本实施方式的排气净化催化剂具有氧化烃的功能。向排气净化催化剂13供给烃，可以发生氧化反应。在排气净化催化剂13中，通过发生烃的氧化反应，排气的温度上升。通过高温的排气流入颗粒过滤器14，可以使颗粒过滤器14升温至目标温度。另外，颗粒过滤器14达到用于进行再生的目标温度时，进行使颗粒过滤器14维持在目标温度的控制。

在本实施方式的升温控制中，考虑排气的温度相对于从内燃机主体排出的排气的温度的上升幅度，从烃供给阀供给烃。作为在排气净化催化剂中产生的热，包括烃直接被氧化而产生的热、和由烃生成还原性中间体、还原性中间体与活性NO_X反应时产生的热。在任意反应中，可以通过氧化反应生成热，使流入颗粒过滤器的排气的温度上升。

作为颗粒过滤器的再生的目标温度，可以例示650℃。排气净化催化剂13的温度是对应于颗粒过滤器14的目标温度的温度。因此，排气净化催化剂13也成为高温。本实施方式中的排气净化催化剂13在这种高温的状态下也可以较高地维持NO_X的净化率(参照图5)。在本实施方式中，在颗粒过滤器14的再生期间中也可以通过排气净化催化剂中的第一NO_X净化方法以高净化率继续NO_X的净化。

然而，在颗粒过滤器14的再生中，为了使颗粒过滤器的温度上升，在通常运转中需要供给比基于第一NO_X净化方法供给的烃的供给量更多量的烃。例如，在升温控制中，需要将来自烃供给阀的每单位时间的烃的供给量设定成比通常运转大。

在本实施方式中，在通常运转中通过第一NO_X净化方法进行NO_X的净化的期间中，通过推定保持在排气净化催化剂的活性NO_X量和NO_X的可保持速度来设定烃的供给时期。在本实施方式中，烃的供给周期与烃浓度的振动周期相等。在升温控制中，可以根据进行第一NO_X净化方法时的烃的供给时期来进行烃的供给。即，可以增加进行第一NO_X净化方法时的每次的烃的供给量。但是，增加颗粒过滤器的升温所需的量时，从烃供给阀供给的每次的烃的供给量变多，发生烃穿过排气净化催化剂的情况。

例如，参照图20，如烃的喷射模式C那样，在1次烃的供给中供给超过穿过限度XB的量的烃，则如区域RC所示，产生穿过排气净化催化剂13的烃。在颗粒过滤器14中，没有担载具有将烃氧化的功能的催化剂粒子时，穿过排气净化催化剂13的烃也穿过颗粒过滤器14而释放到大气中。另外，在颗粒过滤器14上担载有铂等具有氧化功能的催化剂粒子的情况下，大量的烃流入颗粒过滤器14时，有可能烃穿过颗粒过滤器14而释放到大气中。

另外，对排气净化催化剂13一次供给大量的烃时，有时排气净化催化剂13变得过热。例如，刚向排气净化催化剂13一次供给大量的烃之后，内燃机的内燃机转数急剧减少时，在排气净化催化剂13的空间速度变小的状态下，一次性发生大量的氧化反应。其结果，有时排气净化催化剂13的温度急剧上升。像这样，向排气净化催化剂13一次供给大量的烃时，产生排气净化催化剂13的温度控制性恶化的情况。在本实施方式的内燃机的排气净化装置中，以抑制烃穿过排气净化催化剂、另外使催化剂的温度控制性稳定化的方式进行烃的供给。

图26表示说明本实施方式的升温控制中的烃的供给周期与从烃供给阀供给的每次的烃的供给量的关系的曲线图。图26是一个内燃机的运转状态中的曲线图。在本实施方式中的颗粒过滤器的升温控制中，基于现在的颗粒过滤器的温度和用于进行颗粒过滤器的再生的目标温度来设定向排气净化催化剂供给的烃的总供给量。另外，使颗粒过滤器的温度上升的期间(时间长度)被预先确定。在本实施方式的升温控制中，基于向排气净化催化剂供给的烃的总供给量与使温度上升的期间，设定供给烃时的供给周期与每次的烃的供给量。

在这里，图26用实线表示等耗油率曲线。等耗油率曲线表示烃的总供给量与供给期间(供给的时间长度)恒定的条件下，改变烃的供给周期时的每次的烃的供给量。烃的供给周期ΔT越长，1次从烃供给阀供给的烃的供给量WM越多。另外，烃的供给周期ΔT越长，烃的供给次数越少。烃的供给周期以及每次的烃的供给量可以选择等耗油率曲线上的任意点。

图27是表示说明在本实施方式的升温控制中改变烃的供给周期时的NO_X的净化率的曲线图。图27是在与图26中的内燃机的运转状态相同的运转状态下进行运转时的曲线图。排气净化催化剂具有使烃的供给周期缓慢变长时NO_X的净化率上升的上升范围、以及大于等于预先设定的NO_X的净化率EN的高净化率范围。在本实施方式中的高净化率范围中，以高净化率大体保持恒定。进而，排气净化催化剂具有相比于高净化率范围而延长烃的供给周期ΔT时烃的供给周期ΔT越长则NO_X的净化率越降低的降低范围。

在烃的供给周期ΔT短的区域RX中，由于每次的烃的供给量少，所以向排气净化催化剂供给的烃的大部分为全部氧化的状态。因此，部分氧化的自由基状的烃不足，NO_X的净化率降低。在上升范围中，使烃的供给周期ΔT变长时，每次的烃的供给量变多，部分氧化的烃的量增加。因此，在上升范围中，烃的供给周期ΔT越长，NO_X的净化率越上升。

在高净化率范围中，部分氧化的烃变多，可以维持高NO_X的净化率。然而，如区域RY所示，如果烃的供给周期ΔT变得过长，则如上所述，活性NO_X被吸收在碱性层的内部。即，由于烃的供给周期过长，不能将活性NO_X保持在碱性层的表面。因此，在下降范围中，烃的供给周期ΔT越长，NO_X的净化率越下降。

在图26中以虚线记录图27所示的NO_X的净化率。在本实施方式中的升温控制中，在NO_X的净化率高的高净化率范围中，烃的供给周期ΔT变短的区域内，选择供给周期ΔT和每次的烃的供给量WM。

在本实施方式中，将在高净化率范围，烃的供给周期ΔT最短的供给周期称为特定供给周期ΔTS。另外，在本实施方式中，将与特定供给周期ΔTS对应的每次的烃的供给量称为特定供给量WMS。进而，高净化率范围具有烃的供给周期短的一侧的端部的区域WT。供给周期短的一侧的端部的区域WT是特定供给周期ΔTS附近的区域。供给周期短的一侧的端部的区域WT可以设定自特定供给周期ΔTS以预先设定的时间间隔延长供给周期的区域。作为供给周期短的一侧的端部的区域WT，例如，可以例示高净化率范围的供给周期短的一侧的4分之1的区域。在本实施方式的升温控制中，在供给周期短的一侧的端部的区域WT的范围内，进行供给烃的控制。

通过在供给周期短的一侧的端部的区域WT的范围内供给烃，可以减少每次的烃的供给量WM。通过减少每次的烃的供给量WM，可以抑制烃穿过排气净化催化剂。或者，可以增大距排气净化催化剂的烃穿过限度的余量。进而，由于可以减少每次的烃的供给量，所以可以提高排气净化催化剂的温度控制性。例如，可以抑制排气净化催化剂的温度急剧上升而过热的情况。

接着，对本实施方式的排气净化装置的升温控制的运转例进行说明。在运转例中，举出作为烃的供给周期而采用特定供给周期ΔTS的情况作为例子来进行说明。与特定供给周期ΔTS对应的特定供给量WMS在高净化率范围中每次的烃的供给量最小。作为烃的供给模式，采用特定供给周期和特定供给量，从而可以更可靠地抑制烃的穿过。

图28表示本实施方式的排气净化装置的升温控制的流程图。图28所示的升温控制例如可以在进行颗粒过滤器的再生的期间中，以预先设定的时间间隔重复进行。

在步骤121中，检测颗粒过滤器的温度。参照图1，颗粒过滤器14的温度例如可以利用温度传感器23而进行检测。

接着，在步骤122中，设定用于进行颗粒过滤器的升温的烃的总供给量。烃的总供给量可以基于目前的颗粒过滤器的温度和用于进行再生的目标温度来进行设定。烃的总供给量HCT例如可以通过下式算出。

HCT＝Ga·(TPtrg-TP)·α_TP…(1)

在这里，变量Ga为吸入空气量，对应于内燃机排气通路的空间速度。另外，变量TPtrg为颗粒过滤器的目标温度。变量TP为目前的颗粒过滤器的温度。常数α_TP是用于算出烃的总供给量HCT的系数。

接着，在步骤123中，检测内燃机的运转状态。图26和图27的曲线图所示的烃的供给周期和NO_X的净化率的关系根据内燃机的运转状态而发生变化。通过确定内燃机的运转状态，如图26和图27所示，可以确定NO_X净化率相对于烃的供给周期的关系。在本实施方式中，作为内燃机的运转状态而检测出燃烧室中的燃料的喷射量Q和内燃机转数N。

接着，在步骤124中，设定升温控制中的烃的供给周期ΔT和每次的烃的供给量WM。参照图26，在本实施方式的运转例中，设定特定供给周期ΔTS和特定供给量WMS。即，在图26所示的高净化率范围中，设定烃的供给周期最短、每次的烃的供给量最少的供给模式。

图29表示在本实施方式的升温控制中用于设定每次的烃的供给量的映射。由内燃机转数N与燃烧室中的燃料的喷射量Q形成函数的每次的烃的供给量WM的映射预先存储于电子控制单元。通过检测内燃机转数N与燃料的喷射量Q，可以设定每次的烃的供给量WM。在本实施方式的运转例中，作为烃的供给量WM而存储有特定供给量WMS。可以基于检测出的内燃机的运转状态来设定每次的烃的供给量。

图30表示在本实施方式的升温控制中用于设定烃的供给周期的映射。由内燃机转数N与燃烧室中的燃料的喷射量Q形成函数的烃的供给周期ΔT的映射预先存储于电子控制单元。通过检测内燃机转数N与燃料的喷射量Q，可以设定烃的供给周期ΔT。在本实施方式的运转例中，作为烃的供给周期ΔT而存储有特定供给周期ΔTS。可以基于检测出的内燃机的运转状态来设定烃的供给周期。像这样，在本实施方式的运转例中，基于内燃机的运转状态来设定特定供给周期和特定供给量。

参照图28，接着，在步骤125中，基于设定的烃的供给周期以及设定的每次的烃的供给量，由烃供给阀供给烃。

像这样，在本实施方式的升温控制中，可以边维持高NO_X的净化率边减少每次的烃的供给量。进而，可以根据内燃机的运转状态进行烃的供给。

在上述运转例中，说明了在供给周期短的一侧的端部的区域WT的值中选择特定供给周期ΔTS的例子，但可以选定供给周期短的一侧的端部的区域WT的范围内的任意烃的供给周期以及每次的烃的供给量来进行烃的供给。例如，参照图26，也可以在供给周期短的一侧的端部的区域WT中采用最长的供给周期ΔTL。通过采用供给周期ΔTL，即使瞬间性地内燃机的运转状态发生变化而NO_X的净化率恶化，也可以抑制NO_X净化率下降。

图31表示本实施方式中的排气净化装置的运转例的时间图。在图31所示的运转例中，在内燃机的运转状态变化的期间中进行升温控制。例如，表示了在要求负荷变化的期间中进行升温控制的运转例。此外，对于烃(HC)供给量，曲线图的高度与每次的烃的供给量对应，曲线图越高，每次的烃的供给量越多。

直到时刻t1为止，进行内燃机的通常运转。在本实施方式中，基于保持在排气净化催化剂的活性NO_X量和NO_X的可保持速度来设定烃的供给周期和烃的供给量。

在时刻t1，颗粒过滤器的粒子状物质的堆积量达到预先设定的判定值。因此，为了进行颗粒过滤器的再生，从时刻t1开始升温控制。在时刻t1，设定烃的供给间隔和每次的烃的供给量，进行多次的烃的供给。在本运转例中，图28所示的升温控制以预先设定的时间间隔进行。

在本运转例中，在开始颗粒过滤器的再生的时刻t1，内燃机的运转状态为第一运转状态。然而，在进行升温控制的期间中的时刻t3，内燃机的运转状态由第一运转状态变为第二运转状态。重新计算而设定烃的供给周期与每次的烃的供给量。因此，烃的供给周期与每次的烃的供给量发生变化。进而，时刻t4中，内燃机的运转状态由第二运转状态变为第三运转状态。因此，烃的供给周期与烃的供给量进一步发生变化。此后，在时刻t2，颗粒过滤器的温度达到目标温度。

在运转例的升温控制中，以预先设定的间隔检测内燃机的运转状态，基于检测出的内燃机的运转状态来设定每次的烃的供给量和烃的供给周期。基于各个时刻检测出的颗粒过滤器的温度和目标温度来设定烃的总供给量。在升温控制中算出的烃的总供给量与用于使颗粒过滤器升温至目标温度的剩余烃的供给量相等。因此，颗粒过滤器的温度越高，烃的总供给量越少。

进而，基于检测出的内燃机的运转状态来设定烃的供给周期和每次的烃的供给量，并变更烃的供给周期和每次的烃的供给量。像这样，通过根据内燃机的运转状态的变化来进行烃的供给，即便是内燃机的运转状态发生变化，也能够维持高NO_X的净化率，并且可以更可靠地抑制排气净化催化剂的烃穿过，并可以提高排气净化催化剂的温度控制性。作为用于重复供给间隔和供给量的设定的预先设定间隔，不限于时间间隔，例如，可以采用烃的供给次数等任意的间隔。

在本实施方式的运转例中，在时刻t2，颗粒过滤器的温度达到目标温度之后，也继续同样的升温控制。通过继续升温控制，可以将颗粒过滤器的温度维持在目标温度。例如，在时刻t2以后也以预先设定的间隔重复进行图28所示的升温控制，从而在颗粒过滤器的温度小于目标温度时进行烃的供给，可以将颗粒过滤器的温度维持在目标温度。此外，有时颗粒过滤器的温度与目标温度之差小而烃的总供给量变少。由于烃的总供给量少而不能维持高的NO_X的净化率时，也可以进行等待烃的供给直至颗粒过滤器下降至规定温度的控制。另外，颗粒过滤器的温度达到目标温度后维持温度的控制不限于该方式，可以采用任意的控制。

通过使颗粒过滤器为高温，堆积于颗粒过滤器的粒子状物质被氧化而减少。颗粒过滤器的粒子状物质的堆积量小于预先设定的判定值时，可以结束颗粒过滤器的再生。例如，可以结束本实施方式中的升温控制，进入通常运转的控制。

图32表示本实施方式中的排气净化装置的其它运转例。图32所示的运转例可以适用于要求负荷等为恒定、且运转状态大体上恒定的内燃机。或者，可以适用于运转状态具有大体上恒定的期间的内燃机。例如即便是要求负荷变动的内燃机，也可以在要求负荷大体上恒定的车辆的恒速行驶之类的运转状态期间采用。

直至时刻t1为止，进行通常运转。在时刻t1，为了进行颗粒过滤器的再生而开始升温控制。在时刻t1，设定烃的供给周期和每次的烃的供给量。直到排气净化催化剂的温度达到目标温度为止，以设定的烃的供给周期以及每次的烃的供给量继续多次的烃的供给。在时刻t2，颗粒过滤器的温度达到目标温度。像这样，内燃机的运转状态为恒定的情况下，也可以在应进行升温时，设定烃的供给周期和每次的烃的供给量，直到颗粒过滤器达到目标温度为止，继续设定的供给模式。

图33对本实施方式中的排气净化装置的另外其他的运转例进行了说明。在上述排气净化装置中，进行再生时，由通常运转的控制切换为升温控制。在本实施方式中的另外其他的运转例中，边继续通常运转的控制边进行追加的烃的供给。追加的烃的供给周期以及追加的烃的供给量可以预先设定。

在时刻t1，开始颗粒过滤器的再生。除了通常运转中的烃的供给FN以外，进行预先设定的量的烃的供给FO。追加的烃的供给FO以预先设定的时间间隔来进行。在通常运转中的烃的供给FN彼此之间进行追加的烃的供给FO。

在追加的烃的供给中，优选每次的烃的供给量小。因此，在追加的烃的供给中，例如，可以采用烃供给阀的最小的供给量。在时刻t2中，颗粒过滤器的温度达到目标温度。进而在其它的运转例中，也可以边抑制排气净化催化剂中的烃穿过边进行排气净化催化剂的升温。

在本实施方式中的内燃机的通常运转的控制中，推定保持在排气净化催化剂的NO_X量和NO_X的可保持速度，并基于设定推定的NO_X量和NO_X的可保持速度来设定烃的供给周期和每次的烃的供给量，但不限于该方式，可以通过任意的控制来进行通常运转。例如，也可以基于燃烧室中的燃料的喷射量与内燃机转数来设定烃的供给周期和每次的烃的供给量。

在本实施方式中，作为配置在排气净化催化剂的下游的后处理装置，例示了颗粒过滤器来进行说明，但作为后处理装置，不限于该方式，可以采用在预先设定的状态下需要升温的任意的处理装置。

在本实施方式中，可以通过在内燃机排气通路配置烃供给阀，从烃供给阀供给烃，从而向排气净化催化剂供给烃，但不限于该方式，可以利用任意的装置、控制来向排气净化催化剂供给烃。

此外，上述实施方式可以适当组合。另外，上述运转控制的各个步骤只要能够维持各自的作用、功能，就可以适当调换顺序。

在上述各个图中，对相同或相等的部分标记相同的符号。此外，上述实施方式为例示，不限定发明。另外，在实施方式中包括权利要求所示的变更。

符号说明

2燃烧室

3燃料喷射阀

8吸入空气量检测器

13排气净化催化剂

14颗粒过滤器

15烃供给阀

50催化剂载体

51、52催化剂粒子

53碱性层

54流通表面部分

Claims

1.一种内燃机的排气净化装置，其特征在于，在内燃机排气通路内配置排气净化催化剂，该排气净化催化剂用于使排气中所含的NO_X与经重整的烃反应，在该排气净化催化剂的排气流通表面上担载有贵金属催化剂，并且在该贵金属催化剂周围形成有碱性的排气流通表面部分；

该排气净化催化剂具有当使流入排气净化催化剂的烃的浓度以预先设定的范围内的振幅以及预先设定的范围内的周期振动时将排气中所含的NO_X还原的性质，并且具有当使该烃的浓度的振动周期比该预先设定的范围长时排气中所含的NO_X的吸留量增大的性质；

所述内燃机的排气净化装置具备配置在比排气净化催化剂靠下游的内燃机排气通路、在达到预先设定的状态时进行升温的后处理装置，并形成为进行升温控制，所述升温控制是利用在排气净化催化剂中产生的烃的氧化热使排气的温度上升，使后处理装置的温度上升；

在使流入排气净化催化剂的烃的浓度以预先设定的范围内的振幅以及预先设定的范围内的周期振动的控制中，在预先设定的期间中供给预先设定的烃的总供给量时，排气净化催化剂具有使烃的供给周期变长时NO_X的净化率上升的上升范围以及比预先设定的NO_X的净化率高的高净化率范围；

所述内燃机的排气净化装置在升温控制中，设定后处理装置的升温所需的烃的总供给量，在高净化率范围中烃的供给周期短的一侧的端部的区域内设定烃的供给周期以及每次的烃的供给量，以设定的烃的供给周期以及每次的烃的供给量来进行烃的供给。

2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在升温控制中，以特定供给周期以及特定供给量来进行烃的供给，所述特定供给周期为高净化率范围中最短的烃的供给周期，所述特定供给量为与特定供给周期对应的每次的烃的供给量。

3.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在升温控制中，以预先设定的间隔检测内燃机的运转状态，基于检测出的内燃机的运转状态设定烃的供给周期以及每次的烃的供给量，变更烃的供给周期以及每次的烃的供给量。

4.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，后处理装置包括颗粒过滤器，

升温控制包括为了氧化堆积于颗粒过滤器的粒子状物质而使温度上升的控制。

5.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在排气净化催化剂内，通过使排气中所含的NO_X与经重整的烃反应而生成含有氮和烃的还原性中间体，

烃浓度的振动周期是持续生成还原性中间体所需的周期。

6.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，贵金属催化剂由铑Rh和钯Pd中的至少一者以及铂Pt构成。

7.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，排气净化催化剂包含碱性层，该碱性层形成于排气流通表面上，且含有能够向NO_X供给电子的金属，碱性层的表面形成碱性的排气流通表面部分。

8.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，排气净化催化剂包含碱性层，该碱性层形成于排气流通表面上，且含有碱金属或碱土类金属或稀土类金属，碱性层的表面形成碱性的排气流通表面部分。