JP2004211676A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】Ｎ２Ｏの流出量が少ない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内燃機関の排気通路上に配置された排気浄化触媒２３と、排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を推定するためのＮ２Ｏ流出量推定手段と、Ｎ２Ｏ流出量を減少させるためのＮ２Ｏ流出抑制手段とを具備する。そして、Ｎ２Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ２Ｏ流出量が所定量以上である場合には、Ｎ２Ｏ流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を減少させるようにした。
【選択図】 図２
【解決手段】本発明の排気浄化装置は内燃機関の排気通路上に配置された排気浄化触媒２３と、排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を推定するためのＮ２Ｏ流出量推定手段と、Ｎ２Ｏ流出量を減少させるためのＮ２Ｏ流出抑制手段とを具備する。そして、Ｎ２Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ２Ｏ流出量が所定量以上である場合には、Ｎ２Ｏ流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を減少させるようにした。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気ガス中にはＮＯｘが含まれており、このＮＯｘを除去するために従来から様々な排気浄化触媒が開発されてきた。このような排気浄化触媒の多くは、内燃機関の排気後流に取付けられ、排気浄化触媒に流入した排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元することによって、ＮＯｘを除去している（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２１２９６１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したような排気浄化触媒でＮＯｘを還元した場合、Ｎ２やＯ２だけでなくＮ２Ｏが発生してしまうことがある。このＮ２Ｏは、ＮＯｘと同様に大気中へ放出されることを抑制する必要がある。
【０００５】
したがって、本発明の目的はＮ２Ｏの流出量が少ない排気浄化装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の発明では、内燃機関の排気通路上に配置された排気浄化触媒と、該排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を推定するためのＮ２Ｏ流出量推定手段と、上記Ｎ２Ｏ流出量を減少させるためのＮ２Ｏ流出抑制手段とを具備し、上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ２Ｏ流出量が所定量以上である場合には、上記Ｎ２Ｏ流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を減少させるようにした。
第１の発明によれば、排気浄化触媒から排気下流に流出する排気ガス中のＮ２Ｏの量であるＮ２Ｏ流出量が常に所定量以下に抑えられる。特に、上記所定量をほぼ零に設定すれば、本発明の排気浄化装置からは大気中にほとんどＮ２Ｏが放出されない。
【０００７】
第２の発明では、第１の発明において、上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段は、排気浄化触媒の温度と、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度と、排気浄化触媒の劣化度合とのうちの少なくともいずれか一つに基づいて排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を推定する。
なお、排気浄化触媒の温度が高いときにはＮ２Ｏ流出量が少なく且つ触媒温度が低いときにはＮ２Ｏ流出量が多くなるものとして、また、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度が高いときにはＮ２Ｏ流出量が多く且つ酸素濃度が低いときにはＮ２Ｏ流出量が少なくなるものとして、さらに、排気浄化触媒の劣化度合が高いときにはＮ２Ｏ流出量が多く且つ劣化度合が低いときにはＮ２Ｏ流出量が少なくなるものとして、Ｎ２Ｏ流出量が推定される。したがって、触媒温度が高くなった場合、酸素濃度が濃くなった場合、触媒劣化度合が高くなった場合には、Ｎ２Ｏ流出量が所定量を越えてしまうことがあり、このとき流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を減少させる。
また、排気浄化触媒の劣化度合とは、排気浄化触媒に担持されている白金等の触媒の活性が低下している度合（特に、酸化能力の低下度合）、あるいは排気浄化触媒に保持されている酸素、ＮＯｘ、硫黄成分を離脱させる処理や排気浄化触媒に付着している微粒子を酸化・除去する処理を実行しても回復しない触媒の浄化性能の低下度合を意味する。
【０００８】
第３の発明では、第１または第２の発明において、上記Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、排気浄化触媒の温度をＮ２Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような温度以上に上昇させる。
【０００９】
第４の発明では、第１の発明において、上記排気浄化触媒は、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のＮＯｘを保持すると共に、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときには保持しているＮＯｘを離脱させるＮＯｘ触媒であり、該ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯｘ触媒が保持しているＮＯｘを離脱させるＮＯｘ離脱処理を実行するＮＯｘ離脱手段をさらに具備する。
第４の発明によれば、ＮＯｘ触媒が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のＮＯｘを保持するため、このときはＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量はほぼ零である。逆に、ＮＯｘ触媒は流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときに保持しているＮＯｘを離脱させるため、ＮＯｘ離脱処理を実行した時以外はほとんどリーンである内燃機関等では、ＮＯｘ離脱処理を実行したときにのみＮＯｘ触媒の温度等の条件によってＮＯｘ触媒からＮ２Ｏが流出せしめられる。
【００１０】
第５の発明では、第４の発明において、上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段は、排気浄化触媒の温度と、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度と、排気浄化触媒の劣化度合と、ＮＯｘ触媒に保持されているＮＯｘ量およびＮＯｘ触媒に保持されている硫黄成分量のうちの少なくともいずれか一つに基づいてＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量を推定する。
なお、ＮＯｘ触媒に保持されているＮＯｘ量が少ないときにはＮ２Ｏ流出量が少なく且つＮＯｘ量が多いときにはＮ２Ｏ流出量が多くなるものとして、また、ＮＯｘ触媒に保持されている硫黄成分量が少ないときにはＮ２Ｏ流出量が少なく且つ硫黄成分量が多いときにはＮ２Ｏ流出量が多くなるものとして、Ｎ２Ｏ流出量が推定される。したがって、ＮＯｘ触媒に保持されているＮＯｘ量が多い場合、およびＮＯｘ触媒に保持されている硫黄成分量が多い場合には、Ｎ２Ｏ流出量が所定量を越えてしまうことがあり、このとき流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を減少させる。
【００１１】
第６の発明では、第４または第５の発明において、上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段は、ＮＯｘ離脱処理を実行する前にＮＯｘ離脱処理を実行した場合のＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量を推定し、上記Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、推定されたＮ２Ｏ流出量が上記所定量以上であるときには、Ｎ２Ｏ流出量が該所定量よりも少ないと推定されるまでＮＯｘ離脱処理を禁止する。
第６の発明によれば、ＮＯｘ離脱手段によってＮＯｘ離脱処理を実行する前にＮＯｘ離脱処理を実行した場合のＮ２Ｏ流出量が推定され、推定されたＮ２Ｏ流出量に基づいてＮＯｘ離脱処理を実行するか否かが決定されるので、ＮＯｘ離脱処理を実行してもＮ２Ｏ流出量が所定量を超えることがない。また、第６の発明によれば、推定されたＮ２Ｏ流出量が所定量以上であるときには、例えＮＯｘ離脱処理を実行すればＮＯｘ触媒からＮＯｘを離脱させることができる場合であってもＮ２Ｏ流出量が所定量よりも少なくなるまでＮＯｘ離脱処理が実行されないため、本発明におけるＮＯｘ離脱処理の実行タイミングは、Ｎ２Ｏの流出を無視してＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持量等に応じてＮＯｘ離脱処理を実行する場合のＮＯｘ離脱処理の実行タイミングとは異なる。
【００１２】
第７の発明では、第６の発明において、上記Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、さらに、推定されたＮ２Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような温度にまでＮＯｘ触媒を昇温してから上記ＮＯｘ離脱手段によってＮＯｘ離脱処理を実行する。
【００１３】
第８の発明では、第７の発明において、上記ＮＯｘ触媒の昇温は該ＮＯｘ触媒に流入する排気ガス中に還元剤を含有させる還元剤混入手段によって行われ、上記還元剤混入手段はＮＯｘ離脱処理を実行するまでＮＯｘ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ーンとなるように還元剤を含有させる。
第８の発明によれば、ＮＯｘ離脱処理を実行するまで、すなわち推定されたＮ２Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような温度にまでＮＯｘ触媒が昇温されるまで、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比はリッチにされず、よってＮＯｘ触媒に保持されているＮＯｘが離脱せしめられることはない。一方で、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスに還元剤が混入されるので、この還元剤がＮＯｘ触媒上流の排気通路上またはＮＯｘ触媒等で反応して発熱し、ＮＯｘ触媒が昇温される。このように、第８の発明によれば、ＮＯｘ触媒からＮＯｘ、Ｎ２Ｏを離脱させることなく、ＮＯｘ触媒を昇温することができる。
なお、上記第８の発明では、ＮＯｘ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ーンとなるように還元剤を含有させるとしているが、排気ガスの空燃比がリーンとなるように還元剤を含有させるのが好ましい。これは、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比であっても場合によっては多少ＮＯｘやＮ２Ｏが離脱されることがあることによる。
また、還元剤混入手段は、少なくとも後述する還元剤添加装置と機関排気空燃比低下手段とのいずれか一方または両方を具備する。さらに、還元剤としては、例えば燃料、炭化水素、一酸化炭素、水素等が挙げられるが、排気ガス中の酸素濃度を低下させることができ且つＮＯｘ触媒から離脱したＮＯｘを還元することができれば如何なる還元剤であってもよい。以下、本明細書中の「還元剤」とはこのような還元剤を意味するものとする。
【００１４】
第９の発明では、第４〜第８のいずれか一つの発明において、ＮＯｘ離脱手段はＮＯｘ触媒に流入する排気ガス中に還元剤を含有させる還元剤混入手段であり、上記Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、排気ガスに含有させる還元剤としてＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような還元剤を還元剤混入手段に選択させる。
ＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量はＮＯｘ離脱処理において用いられる還元剤の種類に応じて異なり、また、還元剤の種類に応じて利用し易さが異なる（例えば、ＣＯはＨＣに比べて生成しにくい）。第９の発明によれば、各還元剤を用いたときのＮ２Ｏ流出量と還元剤の利用し易さ等を考慮して、最適な還元剤が選択される。
【００１５】
第１０の発明では、第４〜第７のいずれか一つの発明において、上記ＮＯｘ触媒の排気上流側において機関排気通路を通過する排気ガスに還元剤を添加する還元剤添加装置と、内燃機関本体から排出される機関排気ガスの空燃比を所定範囲内に低下させる機関排気空燃比低下手段とをさらに具備し、上記Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、上記機関排気空燃比低下手段によって空燃比が低下せしめられた機関排気ガスに上記還元剤添加装置から還元剤を添加することによってＮＯｘ離脱処理を実行するようにした。
一般に、ディーゼル内燃機関等、通常運転時の機関排気ガスの空燃比（以下、「機関排気空燃比」と称す）がほとんどリーンである内燃機関では、機関排気空燃比をほぼ理論空燃比やリッチにしようとすると、当該内燃機関の運転の安定性（ドライバビリティ）がひどく悪化してしまう。一方、機関排気空燃比を低下させることによってＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比を低下させると、還元剤添加装置から還元剤を添加する場合に比べて、流入する排気ガスの酸素濃度を低下させることができ、より反応性の良い還元剤とすること、および場合によってはＮＯｘ触媒を通る排気ガスの体積流量を低下させることができ、Ｎ２Ｏの発生を抑制することができる。そこで、第１０の発明では、ＮＯｘ離脱処理を実行するのに、機関排気空燃比を低下させて、さらに還元剤添加装置から還元剤を添加しており、これによりドライバビリティを悪化させずにＮ２Ｏの発生を抑制することができる。
なお、「機関排気ガス」とは、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスを意味する。また、機関排気空燃比低下手段による機関排気空燃比の低下は、例えば実施形態中に示した低温燃焼制御、ポスト噴射制御、吸気絞り制御等によって行われる。
【００１６】
第１１の発明では、第１０の発明において、機関排気通路から機関吸気通路へ排気ガスを戻す排気再循環通路をさらに具備し、該排気再循環通路には該排気再循環通路を通過する排気ガスを冷却する再循環ガス冷却装置が設けられると共に、該再循環ガス冷却装置をバイパスさせる冷却装置バイパス通路が設けられ、上記機関排気空燃比低下手段は再循環ガス冷却装置を通さずに冷却装置バイパス通路を通して排気ガスを機関吸気通路へ戻しつつ機関排気ガスの空燃比を低下させる。
第１１の発明に依れば、機関排気通路へ戻される排気ガス（以下、「再循環ガス」と称す）は再循環ガス冷却装置を通らないので、その温度が高い。このため、吸気ガスに高温の再循環ガスが混入されているので、内燃機関の燃焼室に流入する吸気ガスの温度は高く、燃焼後に内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスの温度も高い。したがって、機関排気空燃比低下手段によって機関排気空燃比が低下せしめられるときには、同時に機関排気ガスの温度が高くなっており、よってＮＯｘ触媒には高温の排気ガスが流入し、ＮＯｘ触媒が早期に昇温される。
【００１７】
第１２の発明では、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のＮＯｘを保持すると共に、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときには保持しているＮＯｘを離脱させるＮＯｘ触媒が機関排気通路上に設けられ、該ＮＯｘ触媒の排気上流側において機関排気通路を通過する排気ガスに還元剤を添加する還元剤添加装置と、内燃機関本体から排出される機関排気ガスの空燃比を所定範囲内に低下させる機関排気空燃比低下手段とを具備する内燃機関の排気浄化装置において、機関排気空燃比低下手段によって空燃比が低下せしめられた機関排気ガスに還元剤添加装置から還元剤を添加することによってＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにするようにした。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の排気浄化装置について説明する。図１は本発明の排気浄化装置を備えた筒内噴射型の圧縮自着火式のディーゼル内燃機関を示している。なお、本発明において用いられる排気浄化装置は火花点火式内燃機関にも搭載可能である。
【００１９】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。
【００２０】
吸気ダクト１３内にはスロットル弁駆動用ステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、さらに吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示した内燃機関では冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により吸入空気が冷却される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は排気管２２を介して排気浄化触媒２３を収容するケーシング２４に連結される。排気浄化触媒２３には排気浄化触媒２３の温度を検出するための温度センサ２５が取付けられる。
【００２１】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、「ＥＧＲ」と称す）通路２６を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２６内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２７が配置される。またＥＧＲ通路２６周りにはＥＧＲ通路２６内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲガス冷却装置２８が配置される。図１に示した内燃機関ではＥＧＲガス冷却装置２８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によりＥＧＲガスが冷却される。
【００２２】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２９に連結される。このコモンレール２９内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３０から燃料が供給され、コモンレール２９内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２９にはコモンレール２９内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３１が取付けられ、燃料圧センサ３１の出力信号に基づいてコモンレール２９内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ３０の吐出量が制御される。
【００２３】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１により互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備する。温度センサ２５および燃料圧センサ３１の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
【００２４】
アクセルペダル４９にはアクセルペダル４９の踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５０が接続され、負荷センサ５０の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。さらに入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５１が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２７、および燃料ポンプ３０に接続される。
【００２５】
ところで、上述したような排気浄化触媒は、ＮＯｘをＮ２およびＯ２に還元する。さらに、排気浄化触媒の温度等、種々のファクタの値によっては、ＮＯｘをＮ２Ｏに還元する。したがって、上述したような排気浄化触媒を通過して大気中に放出される排気ガス中にはＮ２およびＯ２に加えて、Ｎ２Ｏが含まれることがある。このＮ２ＯはＮＯｘと同様に大気中へ放出されることを抑制する必要がある。すなわち、排気浄化触媒から排気下流に流出するＮ２Ｏの量であるＮ２Ｏ流出量を低く抑えることが必要である。ところが、従来では、排気浄化触媒からＮ２Ｏが流出する条件が正確に把握されておらず、よって排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を低く抑えることができなかった。したがって、従来の排気浄化装置からは、Ｎ２Ｏを多く含んだ排気ガスが大気中に放出されてしまうことがあった。
【００２６】
これに対して本発明の第一実施形態の排気浄化装置は、排気浄化触媒２３の排気下流に流出すると予測される排気ガス中のＮ２Ｏの量、または現在排気浄化触媒２３の排気下流に流出している排気ガス中のＮ２Ｏの量（以下、単に「Ｎ２Ｏ流出量」と称す）を推定するためのＮ２Ｏ流出量推定手段と、排気浄化触媒２３の排気下流に流出する排気ガス中のＮ２Ｏの量（以下、同様に「Ｎ２Ｏ流出量」と称す）を減少させるためのＮ２Ｏ流出抑制手段とを具備する。そして、このＮ２Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ２Ｏ流出量が所定流出量以上である場合には、Ｎ２Ｏ流出抑制手段によって排気浄化触媒２３からのＮ２Ｏ流出量を減少させるようにしている。特に、上述したような場合、Ｎ２Ｏ流出抑制手段を作動させることによって排気浄化触媒２３からのＮ２Ｏ流出量をほぼ零にするのが好ましい。
【００２７】
したがって、本発明の第一実施形態によれば、排気浄化触媒２３からのＮ２Ｏ流出量が多くなることまたは多いことがＮ２Ｏ流出量推定手段によって推定されると、排気浄化触媒２３からのＮ２Ｏ流出量が少なく抑えられるかあるいはほぼ零にされる。したがって、本発明の排気浄化装置を通過してから大気中に放出される排気ガス中のＮ２Ｏの量は少なく抑えられる。
【００２８】
なお、Ｎ２Ｏ流出量に関する上記所定流出量は、内燃機関および排気浄化触媒２３の状態を排気浄化触媒２３からのＮ２Ｏ流出量が少なくなるような状態にした場合における排気浄化触媒２３からのＮ２Ｏ流出量に等しいか、またはこのようなＮ２Ｏ流出量よりも僅かに多い量である。あるいは、上記所定流出量はほぼ零としてもよい。本実施形態の排気浄化装置によれば、排気浄化触媒２３からのＮ２Ｏ流出量は常に所定流出量以下に維持されるため、このように所定流出量を設定することにより排気浄化触媒２３の排気下流にＮ２Ｏがほとんど流出しないようにすることができる。
【００２９】
次に、第一実施形態の排気浄化装置における排気浄化触媒２３からのＮ２Ｏ流出量を少なく抑えるためのＮ２Ｏ流出抑制制御について説明する。まず、排気浄化触媒２３の排気下流に流出する排気ガス中に含まれるＮ２Ｏ流出量Ｑｎ２ｏをＮ２Ｏ流出量推定手段によって推定する。この場合、Ｎ２Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ２Ｏ流出量Ｑｎ２ｏは推定した時点で排気浄化触媒２３から流出しているＮ２Ｏの量であってもよいし、単位時間後に排気浄化触媒２３から流出すると推定されるＮ２Ｏの量であってもよい。そして、Ｎ２Ｏ流出量推定手段によって推定されたＮ２Ｏ流出量Ｑｎ２ｏが所定流出量Ｑｎ２ｏａ以上であると、排気浄化触媒２３の排気下流に流出するＮ２Ｏの量を少なく抑えるためのＮ２Ｏ流出抑制処理がＮ２Ｏ流出抑制手段によって実行される。
【００３０】
次に、本発明の第一実施形態の排気浄化装置についてより詳細に説明する。本発明の第一実施形態では、排気浄化触媒上流側の排気通路、燃焼室５および吸気通路に供給された空気と燃料との比率を排気ガスの空燃比と称する（あるいは排気空燃比と称す）と、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のＮＯｘを保持し、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比（ストイキ）またはリッチのとき、より詳細には流入する排気ガス中の酸素濃度が低いときには保持しているＮＯｘを離脱させるＮＯｘ触媒２３が排気浄化触媒として用いられる。また、ＮＯｘ触媒２３からＮＯｘが離脱せしめられたときに排気ガス中に燃料等の還元剤が存在する場合にはＮＯｘ触媒２３から離脱せしめられたＮＯｘが還元せしめられる。
【００３１】
このようなＮＯｘ触媒２３では、流入する排気ガス中のＮＯｘを無限に保持することができるわけではなく、したがってＮＯｘ触媒２３にＮＯｘが一定保持量以上保持された場合には、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気空燃比（以下、「流入排気空燃比」と称す）をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯｘ触媒２３が保持しているＮＯｘを離脱させるＮＯｘ離脱処理を実行するＮＯｘ離脱手段によって強制的にＮＯｘ触媒２３からＮＯｘを離脱させる。特に、本実施形態のように、ディーゼル式内燃機関では機関本体から排出される排気空燃比（以下、「機関排気空燃比」と称す）がリーンであることが多く、よってＮＯｘ離脱処理を行った場合にのみＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになることが多い。したがって、ＮＯｘ離脱処理を実行していないときにはＮＯｘ触媒に流入する排気ガス中のＮＯｘはほとんどＮＯｘ触媒に保持されるため、ＮＯｘ触媒からＮ２Ｏが流出することはほとんどない。一方、ＮＯｘ離脱処理を実行しているときにはＮＯｘ触媒からＮＯｘが離脱せしめられ且つそのＮＯｘが還元される。したがって、本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ２Ｏが発生してＮＯｘ触媒２３の排気下流に流出するのは基本的にＮＯｘ離脱処理を行う場合のみである。
【００３２】
そこで、本発明の第一実施形態の排気浄化装置では、ＮＯｘ離脱処理を実行すべきときであっても、ＮＯｘ離脱処理を行うとＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量が所定流出量を超えてしまうとＮ２Ｏ流出量推定手段によって推定された場合には、ＮＯｘ離脱処理を実行してもＮＯｘ触媒２３からＮ２Ｏがほとんど流出しないようになるまでＮＯｘ離脱処理の実行を禁止する。あるいは、上記場合には、ＮＯｘ離脱処理を行う前にＮ２Ｏ流出抑制手段を作動させて、ＮＯｘ離脱処理を実行してもＮＯｘ触媒２３からＮ２Ｏがほとんど流出しないようにしてからＮＯｘ離脱処理を実行する。こうすることによって、ＮＯｘ離脱処理を行っている期間中にＮＯｘ触媒２３からＮ２Ｏが流出してしまうことが防止され、よって全ての期間に亘ってＮＯｘ触媒２３からＮ２Ｏが流出することが防止される。
【００３３】
ところで、上述したようなＮＯｘ触媒では、ＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量が例えばＮＯｘ触媒の温度に依存して変化する。より詳細には、図２に示したようにＮＯｘ触媒の温度が上昇するとＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量が減少し、ＮＯｘ触媒の温度が低下するとＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量が増加する。
【００３４】
そこで、本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ２Ｏ流出量推定手段として温度センサ２５を用い、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔを検出する。一方、図２に示したようにＮＯｘ離脱処理を実行したときにＮ２Ｏ流出量が所定流出量となるようなＮＯｘ触媒２３の温度を所定温度Ｔａとして求める。この場合、温度センサ２５によって検出されたＮＯｘ触媒２３の温度が所定温度Ｔａよりも高い場合には、Ｎ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａよりも少ないことを示しており、一方、検出されたＮＯｘ触媒２３の温度が所定温度Ｔａ以下である場合には、Ｎ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａ以上であることを示している。したがって、ＮＯｘ離脱処理を実行する前において温度センサ２５によって検出されたＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔａ以下である場合、ＮＯｘ触媒２３の温度が所定温度Ｔａよりも高くなるまでＮＯｘ離脱処理を実行しない。あるいは上記場合には、Ｎ２Ｏ流出抑制手段がＮ２Ｏ流出抑制処理を実行してＮＯｘ触媒２３の温度を少なくとも所定温度Ｔａにまで上昇させてから、好ましくは所定温度Ｔａよりも高い温度Ｔｂにまで上昇させてからＮＯｘ離脱処理を実行する。
【００３５】
したがって、本実施形態のＮ２Ｏ流出抑制制御では、ＮＯｘ触媒２３からＮＯｘを離脱させるべき場合、例えばＮＯｘ触媒２３に保持されているＮＯｘの量であるＮＯｘ保持量が上記一定保持量以上になった場合に、まず温度センサ２５によってＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが検出される。検出されたＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが上記所定温度Ｔａ以上の場合には、ＮＯｘ離脱処理が行われる。一方、検出されたＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔａよりも低い場合には、ＮＯｘ触媒２３を昇温するための昇温制御が実行せしめられてＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが少なくとも所定温度Ｔａ以上にまで上昇せしめられ、その後、ＮＯｘ触媒２３に対するＮＯｘ離脱処理が行われる。
【００３６】
なお、上記所定温度Ｔａは予め定められた値であってもよいし、後述するような他のファクタ（例えば、還元剤の種類、ＮＯｘ保持量、硫黄成分保持量、酸素濃度、ＮＯｘ触媒の劣化度合等）に応じて変化する値であってもよい。
また、一般に、ＮＯｘ離脱処理はＮＯｘ触媒の温度が比較的低温であっても行われる。ところが、通常、上記所定温度ＴａはＮＯｘ離脱処理を実行可能な温度（すなわちＮＯｘ触媒への流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチすればＮＯｘ触媒に保持されているＮＯｘが離脱される温度）のうち最も低い温度よりも高く設定されるので、ＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘ離脱処理を実行可能な温度のうち最も低い温度にまで低下しているときにＮＯｘ離脱処理を実行すると、ＮＯｘ触媒からＮ２Ｏが多く流出してしまう。したがって、本発明では、ＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘ離脱処理を実行可能な温度範囲内にあっても、その温度がＮＯｘ触媒の温度Ｔａよりも低い場合にはＮＯｘ離脱処理が実行されない。
【００３７】
また、ＮＯｘ触媒２３の昇温処理の方法としては、例えば、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するタイミングを遅らせたり、内燃機関の燃焼室５に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射したり、ＮＯｘ触媒２３上流に電気ヒータやグロープラグ（図示せず）を設け、これら電気ヒータまたはグロープラグを作動させたり、ＮＯｘ触媒２３上流において排気ガスに燃料や還元剤を添加するための還元剤添加装置（図１１の参照番号３２参照）を設け、この還元剤添加装置から排気ガスに燃料や還元剤を添加したりする（以下、「還元剤添加制御」と称す）ことによって、ＮＯｘ触媒２３を昇温させる方法が挙げられる。また、燃焼室５内に燃料を点火するための点火栓が設けられている場合には、この点火栓による燃料の点火タイミングを遅らせることによっても、排気ガスの温度を上昇させることができる。
【００３８】
また、ＮＯｘ離脱処理を行う方法としては、スロットル弁１７の開度を小さく変更すると共に内燃機関の燃焼室５に流入する吸気ガスの空燃比をリッチにする（以下、「吸気絞り制御」と称す）ことだけでなく、内燃機関の燃焼室５に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射し、その燃料を燃焼させずにそのまま燃焼室５から排出させたり（以下、「ポスト噴射制御」と称す）、上述した還元剤添加装置から排気ガスに燃料や還元剤を添加したりして、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中に燃料や還元剤を供給して、排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすることが挙げられる。
【００３９】
次に、図３を参照して本発明の第一実施形態の排気浄化装置におけるＮ２Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンについて説明する。まず、ステップ１２１において、ＮＯｘ離脱処理を実行すべきときであるか否かが判定される。ＮＯｘ離脱処理を実行すべきときではないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１２１において、ＮＯｘ離脱処理を実行すべきときであると判定された場合には、ステップ１２２へと進む。ステップ１２２では温度センサ２５からＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが検出される。次いで、ステップ１２３においてＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔａ以下であるか否かが判定される。ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔａよりも高いと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１２３において、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔａ以下であると判定された場合にはステップ１２４へと進む。ステップ１２４では、ＮＯｘ触媒２３の昇温制御が実行せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００４０】
次に、本発明の第一実施形態の変更例について説明する。第一実施形態の変更例では、ＮＯｘ触媒２３の昇温処理およびＮＯｘ離脱処理を、機関本体１とＮＯｘ触媒２３との間の排気通路に設けた燃料添加装置によって行う。
【００４１】
上述したようにＮＯｘ離脱処理を実行すべきとき、すなわちＮＯｘ触媒２３に保持されているＮＯｘ保持量が一定保持量以上になったときには、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔａ以上の場合には直ぐにＮＯｘ離脱処理が実行され、ＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなるように燃料添加装置から排気ガスに燃料が添加される。一方、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔａよりも低い場合には、まずＮＯｘ触媒２３の昇温処理が実行されてから、ＮＯｘ離脱処理が実行される。ここで、昇温処理を実行するときにも燃料添加装置から排気ガスに燃料が添加されるが、このときＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がリーンのままとなるように添加される。
【００４２】
この様子を図４に示した。図４はＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比（上）と、ＮＯｘ触媒２３の温度（下）とのタイムチャートである。まず、時間ａにおいて、例えばＮＯｘ触媒２３に保持されているＮＯｘ保持量が一定保持量以上になったことが検出されて、ＮＯｘ離脱処理を実行すべきときであることが判定される。このときＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔは上記所定温度Ｔａよりも低い。このため、ＮＯｘ離脱処理を実行する前に昇温処理が実行される。昇温処理の実行中には、ＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとならない程度に低下せしめられ、これに伴ってＮＯｘ触媒２３の温度が上昇する。そして、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが上記所定温度Ｔａ以上となったときに、ＮＯｘ離脱処理が実行され、ＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がリッチとなるように低下せしめられる。その後、ＮＯｘ触媒に保持されているＮＯｘがほぼ完全に離脱されるとＮＯｘ離脱処理が停止され、すなわち燃料添加装置からの燃料の添加が停止せしめられ、これと同時にＮＯｘ触媒２３の温度も下がって元に戻る。
【００４３】
なお、上記第一実施形態の変更例では、ＮＯｘ触媒２３の昇温処理およびＮＯｘ離脱処理を燃料添加装置からの燃料添加によって行うとしているが、上記ポスト噴射制御や吸気絞り制御等により機関排気空燃比を変更する等、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中への燃料や還元剤の供給量を変更できる方法であれば他の方法によって上記昇温処理およびＮＯｘ離脱処理を行ってもよい。
【００４４】
次に、本発明の第二実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第二実施形態における構成は、基本的に第一実施形態における構成と同様である。また、第二実施形態では、ＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯｘ触媒２３が保持しているＮＯｘを離脱させるＮＯｘ離脱手段はＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中に還元剤を含有させる還元剤混入手段であり、この還元剤混入手段により様々な還元剤を排気ガス中に混入させてＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすることができる。
【００４５】
ところで、上述したようなＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量は、ＮＯｘ離脱処理を行うときにＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中の還元剤の種類によって異なる。このことを図５に示す。図５は図２と同様に横軸がＮＯｘ触媒２３の温度、縦軸がＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量を示す。
【００４６】
図５から分かるように、還元剤として炭化水素を用いた場合、すなわち還元剤として燃料を用いた場合は、還元剤として一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ２）を用いた場合と比べてＮ２Ｏ流出量が基本的に多く、また、還元剤として一酸化炭素を用いた場合は、還元剤として水素を用いた場合と比べてＮ２Ｏ流出量が基本的に多い。また、図２を用いて説明したようにどの還元剤を用いてもＮＯｘ触媒２３の温度の低下に伴ってＮ２Ｏ流出量が増大し、ＮＯｘ触媒２３の温度が低下すればするほど、各還元剤を用いた場合のＮ２Ｏ流出量の差が大きくなる。
【００４７】
そこで、本発明の第二実施形態の排気浄化装置では、Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、排気ガスに含有させる還元剤としてＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量Ｑｎ２ｏが上記所定流出量Ｑｎ２ｏａよりも少なくなるような還元剤を還元剤混入手段に選択させる。例えば、ＮＯｘ離脱処理を行うのに還元剤混入手段によって排気ガス中に炭化水素が混入される場合、ＮＯｘ触媒２３の温度が図５の第一の温度Ｔ１以下になると、ＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量Ｑｎ２ｏが所定流出量Ｑｎ２ｏａを超えてしまう。これに対して、ＮＯｘ離脱処理を行うのに還元剤混入手段によって排気ガス中に一酸化炭素を混入させる場合、ＮＯｘ触媒２３の温度が図５の第一の温度Ｔ１以下になっても、ＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量Ｑｎ２ｏは所定流出量Ｑｎ２ｏａよりも少なく、さらに、ＮＯｘ触媒２３の温度が図５の第二の温度Ｔ２以下になるまでＮＯｘ触媒２３から流出するＮ２Ｏ流出量は所定流出量よりも少ないままである。
【００４８】
したがって、第二実施形態の排気浄化装置では、ＮＯｘ離脱処理を行うときに、温度センサ２５によって検出されたＮＯｘ触媒２３の温度が第一の温度Ｔ１よりも高いときには、還元剤混入手段は還元剤として炭化水素および一酸化炭素のいずれかを排気ガスに混入させ、ＮＯｘ触媒２３の温度が第一の温度Ｔ１よりも低く第二の温度Ｔ２よりも高いときには、還元剤混入手段は還元剤として一酸化炭素を排気ガスに混入させる。さらに、ＮＯｘ離脱処理を行うときに、ＮＯｘ触媒２３の温度が第二の温度Ｔ２以下である場合、ＮＯｘ触媒２３の温度が第二の温度Ｔ２以下であってもＮ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａ以下に維持される水素を還元剤として用いてもよい。ＮＯｘ離脱処理を行うときに用いる還元剤をこのようにして選択することによって、ＮＯｘ触媒２３から排気下流へ流出するＮ２Ｏ流出量が所定値Ｑｎ２ｏａ以下に抑えられる。
【００４９】
なお、還元剤混入手段がＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中に還元剤を混入させる方法としては、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中に各還元剤を添加するための還元剤添加装置（図示せず）を設けることが挙げられる。さらに、内燃機関に流入する吸気ガスの空燃比を単純にリッチにしたり、内燃機関の燃焼室に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射したりすることによって排気ガス中に炭化水素を混入させることができる。また、内燃機関の燃焼室にＥＧＲガスを充填して燃焼室内のガスを低温で燃焼させると排気ガス中の一酸化炭素の量が増大するので、このことによって排気ガス中に一酸化炭素を混入させることができる。
【００５０】
ここで、還元剤混入手段がＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中に炭化水素を混入させることは、排気空燃比をリッチにすればよいので、還元剤添加装置を用いなくても容易に実行することができる。また、還元剤混入手段がＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中に一酸化炭素を混入させることは、還元剤添加装置を用いなくても低温燃焼によって実行することができる。これに対して、還元剤混入手段がＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中に水素を混入させることは、還元剤添加装置を用いないと実行するのが難しい。そこで、以下では、還元剤混入手段が、還元剤添加装置を用いない場合、すなわち炭化水素および一酸化炭素のみを排気ガス中に混入させることができる場合について説明する。
【００５１】
次に、図６を参照して第二実施形態の排気浄化装置におけるＮ２Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンについて説明する。ステップ１４１においてＮＯｘ触媒２３に対するＮＯｘ離脱処理を実行すべきときであるか否かが判定される。ＮＯｘ離脱処理を実行すべきときではないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。ＮＯｘ離脱処理を実行すべきときであると判定された場合にはステップ１４２へと進む。ステップ１４２では、温度センサ２５によってＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが検出される。次いで、ステップ１４３では、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが第一の温度Ｔ１より高いか否かが判定される。温度Ｔｃａｔが第一の温度Ｔ１よりも高いと判定された場合にはステップ１４４へと進む。ステップ１４４では、還元剤として炭化水素を用いてＮＯｘ離脱処理が行われ、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１４３において、温度Ｔｃａｔが第一の温度Ｔ１以下であると判定された場合にはステップ１４５へと進む。ステップ１４５では、温度Ｔｃａｔが第二の温度Ｔ２よりも高いか否かが判定され、温度Ｔｃａｔが第二の温度Ｔ２よりも高いと判定された場合にはステップ１４６へと進む。ステップ１４６では、還元剤として一酸化炭素を用いてＮＯｘ離脱処理が行われ、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１４５において、温度Ｔｃａｔが第二の温度Ｔ２以下であると判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００５２】
なお、上述した第二実施形態では、炭化水素、一酸化炭素、水素の三つの還元剤について説明したが、排気ガス中の酸素濃度を低下させることができ且つＮＯｘ触媒から離脱したＮＯｘを還元することができれば一般に還元剤として用いられる如何なる物質を還元剤混入手段によって混入される還元剤として用いてもよい。
【００５３】
次に本発明の第三実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第三実施形態における構成は、基本的に第一実施形態および第二実施形態における構成と同様である。ところで、ＮＯｘ触媒２３に対するＮＯｘ離脱処理を実行したときのＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量は、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度によって変化し、より詳細には図７に示したようにＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度が高くなるとＮ２Ｏ流出量が多くなり、逆に、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度が低くなるとＮ２Ｏ流出量が少なくなる。
【００５４】
ここで、酸素濃度とＮ２Ｏ流出量とが上述したような関係になる理由について簡単に説明する。なお、ここではＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がリッチである場合について説明する。
ＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がリッチであっても、排気ガス中にはＮＯｘ（例えば一酸化窒素（ＮＯ））が含まれる。このＮＯは以下の反応式（１）により窒素（Ｎ）と酸素（Ｏ）とに解離する。
ＮＯ→Ｎ＋Ｏ （１）
このようにして解離したＯは、ＮＯｘ触媒２３に保持され、同じく排気ガス中に含まれる還元剤（例えばＣＯ）と反応する（反応式（２））。一方、上述したように解離したＮは、互いに反応して窒素分子（Ｎ２）を形成する（反応式（３））。
Ｏ＋ＣＯ→ＣＯ２ （２）
Ｎ＋Ｎ→Ｎ２ （３）
ところが、上記反応式（１）の反応が遅く、ＮＯの解離が進まない場合には下記の反応式（４）によりＮとＮＯとがＮ２Ｏを形成する。
Ｎ＋ＮＯ→Ｎ２Ｏ （４）
したがって、Ｎ２Ｏの生成を抑制するためには上記（１）の反応を促進させて、上記（４）の反応を起こさせないようにする必要がある。ここで、上記（１）の反応を促進させるためには、化学的な平衡の関係から排気ガス中の酸素濃度が低いことが要求される。このように、排気ガスの酸素濃度が低いと上記反応式（１）の反応が促進されて、結果的にＮ２Ｏが生成されにくくなり、逆に、排気ガスの酸素濃度が高いと上記（１）の反応が進まず、結果的にＮ２Ｏが生成されやすくなってしまう。
【００５５】
そこで、本発明の第三実施形態の排気浄化装置では、上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段は、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度に基づいてＮＯｘ触媒２３の排気下流に流出するＮ２Ｏ量を推定する。より詳細には、Ｎ２Ｏ流出量推定手段として酸素濃度推定手段が設けられ、この酸素濃度推定手段によって、ＮＯｘ離脱処理を実行する前に、ＮＯｘ離脱処理を実行した場合にＮＯｘ触媒２３に流入すると予想される排気ガス中の酸素濃度Ｃｏを推定する。一方、図７に示したようにＮ２Ｏ流出量が所定流出量となるような酸素濃度を所定酸素濃度Ｃｏａとして算出する。
【００５６】
この場合、酸素濃度検出手段によって推定された酸素濃度が所定酸素濃度Ｃｏａよりも低い場合には、Ｎ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａよりも少ないことを示しており、一方、検出された酸素濃度が所定酸素濃度Ｃｏａ以上である場合には、Ｎ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａ以上であることを示している。したがって、酸素濃度推定手段によって推定された酸素濃度が所定酸素濃度Ｃｏａ以上であった場合には、Ｎ２Ｏ流出抑制手段によりＮ２Ｏ流出抑制処理を実行する。
【００５７】
本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ２Ｏ流出抑制手段はＮ２Ｏ流出量が所定流出量よりも多くなった場合、すなわちＮＯｘ離脱処理を実行したときにＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度が所定酸素濃度以上になっている場合には、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させるための酸素濃度低下手段によって上記排気ガス中の酸素濃度を低下させるか、あるいはほぼ零に抑える。このように、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度を常に所定酸素濃度以下に抑制することによって、Ｎ２Ｏ流出量を所定流出量以下に抑えることができる。
【００５８】
なお、所定酸素濃度は予め定められた値であってもよいし、あるいは、所定酸素濃度と所定流出量Ｑｎ２ｏａおよび他のファクタ（ＮＯｘ触媒２３の温度、還元剤の種類、ＮＯｘ保持量、硫黄成分保持量、ＮＯｘ触媒の劣化度合等）との関係を予めマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存し、これら所定流出量Ｑｎ２ｏａおよび他のファクタから所定酸素濃度を算出してもよい。
【００５９】
また、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させるための酸素濃度低下手段としては、内燃機関の燃焼室５にＥＧＲガスを充填して燃焼室内のガスを低温で燃焼させることが挙げられる。排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなるように燃料を燃焼室５に供給して上述したように燃焼室５内のガスを低温で燃焼させることによって、燃焼室５内のほとんどの酸素が燃焼に使われ、排気ガス中の酸素が少なく抑えられる。
【００６０】
次に、本発明の第四実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第四実施形態における構成は、基本的に第一〜第三実施形態における構成と同様である。ところで、上述したようなＮＯｘ触媒２３から流出するＮ２Ｏ流出量はＮＯｘ触媒２３に保持されているＮＯｘの量であるＮＯｘ保持量に応じて変化し、より詳細には図８に示したようにＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量が多くなるとＮ２Ｏ流出量が多くなり、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量が少なくなるとＮ２Ｏ流出量が少なくなる。
【００６１】
そこで、本発明の第四実施形態の排気浄化装置では、上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段が、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量に基づいてＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量Ｑｎｏｘを推定する。より詳細には、Ｎ２Ｏ流出量推定手段としてＮＯｘ保持量推定手段が設けられ、このＮＯｘ保持量推定手段によってＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量を推定し、図８に示したようにＮ２Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑｎ２ｏａよりも僅かに少ない下位流出量Ｑｎ２ｏｂとなるようなＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量を所定ＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘａとして検出する。
【００６２】
この場合、ＮＯｘ保持量推定手段によって推定されたＮＯｘ保持量が所定ＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘａよりも少ない場合には、Ｎ２Ｏ流出量が下位流出量Ｑｎ２ｏｂよりも少ないことを示しており、一方、推定されたＮＯｘ保持量が所定ＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘａ以上である場合には、Ｎ２Ｏ流出量が下位流出量Ｑｎ２ｏｂ以上であることを示している。したがって、ＮＯｘ保持量推定手段によって推定されたＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘが所定ＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘａ以上になった場合には、Ｎ２Ｏ流出抑制手段によりＮ２Ｏ流出抑制処理を実行する。
【００６３】
本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、Ｎ２Ｏ流出量が下位流出量以上になった場合、すなわちＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量が所定ＮＯｘ保持量以上になった場合にＮＯｘ離脱処理を行って、ＮＯｘ触媒２３に保持されているＮＯｘを離脱させる。このように、Ｎ２Ｏ流出量が下位流出量Ｑｎ２ｏｂ以上である場合にＮＯｘ離脱処理を実行することにより、Ｎ２Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑｎ２ｏａになる前にＮＯｘ離脱処理が実行され、よってＮ２Ｏ流出量を常に上記所定流出量以下に維持することができる。
【００６４】
なお、所定ＮＯｘ保持量は予め設定された値であってもよいし、所定ＮＯｘ保持量と所定流出量および他のファクタ（ＮＯｘ触媒２３の温度、還元剤の種類、硫黄成分保持量、酸素濃度、ＮＯｘ触媒の劣化度合等）との関係を予めマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存し、これら所定流出量および他のファクタから所定ＮＯｘ保持量を算出してもよい。
【００６５】
また、ＮＯｘ触媒を備えた従来の排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持量が限界ＮＯｘ保持量（一定保持量）以上になると流入する排気ガス中のＮＯｘを保持しにくくなってしまうため、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持量が限界ＮＯｘ保持量以上になるとＮＯｘ離脱処理を行ってＮＯｘ触媒に保持されているＮＯｘを離脱させていた。これに対して、本発明の排気浄化装置では、上述した所定ＮＯｘ保持量が限界ＮＯｘ保持量よりも少ないため、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量が限界ＮＯｘ保持量に到達する前にＮＯｘ触媒２３が保持しているＮＯｘを離脱させている。すなわち、本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ２Ｏ流出量を監視していない従来の排気浄化触媒とはＮＯｘ離脱処理の実行タイミングが異なり、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量の観点から見てＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ浄化能力が低下する前に、ＮＯｘ保持剤が保持しているＮＯｘが離脱せしめられる。
【００６６】
また、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量を推定する方法としては、例えば、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中のＮＯｘ量を検出するためのＮＯｘセンサ（図示せず）を設け、このＮＯｘセンサによって検出されたＮＯｘ量を時間で積分することが挙げられる。
【００６７】
次に本発明の第五実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第五実施形態における構成は、基本的に第一〜第四実施形態における構成と同様である。ところで、上述したようなＮＯｘ触媒２３は、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中のＮＯｘだけでなく硫黄成分をも保持し、より詳細にはＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がリーンである場合には流入する排気ガス中に含まれる硫黄成分を保持し、ＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであってＮＯｘ触媒２３の温度が硫黄成分離脱温度以上である場合には保持している硫黄成分を離脱させる。このようなＮＯｘ触媒２３では、ＮＯｘ触媒２３から流出するＮ２Ｏ流出量はＮＯｘ触媒２３に保持されている硫黄成分の量である硫黄成分保持量に応じて変化し、より詳細には図９に示したようにＮＯｘ触媒２３の硫黄成分保持量が多くなるとＮ２Ｏ流出量が多くなり、ＮＯｘ触媒２３の硫黄成分保持量が少なくなるとＮ２Ｏ流出量が少なくなる。
【００６８】
そこで、本発明の第五実施形態の排気浄化装置では、上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段が、ＮＯｘ触媒２３の硫黄成分保持量に基づいてＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量を推定する。より詳細には、Ｎ２Ｏ流出量推定手段として硫黄成分保持量推定手段が設けられ、この硫黄成分保持量推定手段によってＮＯｘ触媒２３の硫黄成分保持量Ｑｓを推定し、一方、図９に示したように、Ｎ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａよりも僅かに少ない下位流出量Ｑｎ２ｏｃとなるようなＮＯｘ触媒２３の硫黄成分保持量を所定硫黄成分保持量Ｑｓａとして算出する。
【００６９】
この場合、硫黄成分保持量推定手段によって推定された硫黄成分保持量Ｑｓが所定硫黄成分保持量Ｑｓａよりも少ない場合には、Ｎ２Ｏ流出量が下位流出量Ｑｎ２ｏｃよりも少ないことを示しており、一方、推定された硫黄成分保持量が所定硫黄成分保持量以上の場合には、Ｎ２Ｏ流出量が下位流出量Ｑｎ２ｏｃよりも多いことを示している。したがって、硫黄成分保持量推定手段によって推定された硫黄成分保持量Ｑｓが所定硫黄成分保持量Ｑｓａ以上になった場合には、Ｎ２Ｏ流出抑制手段によりＮ２Ｏ流出抑制処理を実行する。
【００７０】
本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ２Ｏ流出抑制手段はＮ２Ｏ流出量が下位流出量よりも多くなった場合、すなわちＮＯｘ触媒２３の硫黄成分保持量が所定硫黄成分保持量以上になった場合にＮＯｘ触媒２３の硫黄成分離脱処理を行って、ＮＯｘ触媒２３に保持されている硫黄成分を離脱させる。このように、Ｎ２Ｏ流出量が下位流出量Ｑｎ２ｏｃ以上である場合に硫黄成分離脱処理を実行することにより、Ｎ２Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑｎ２ｏａになる前に硫黄成分離脱処理が実行され、よってＮ２Ｏ流出量を上記所定流出量以下に抑えることができる。
【００７１】
なお、所定硫黄成分保持量は予め定められた値であってもよいし、所定硫黄成分保持量と所定流出量および他のファクタ（ＮＯｘ触媒２３の温度、還元剤の種類、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量、ＮＯｘ触媒の劣化度合等）との関係を予めマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存し、これら所定流出量および他のファクタから所定硫黄成分保持量を算出してもよい。
【００７２】
また、ＮＯｘ触媒を備えた従来の排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒の硫黄成分保持量が限界硫黄成分保持量以上になると流入する排気ガス中のＮＯｘを保持することが可能なＮＯｘ量が少なくなってしまうため、ＮＯｘ触媒の硫黄成分保持量が限界硫黄成分保持量以上になると硫黄成分離脱処理を行ってＮＯｘ触媒に保持されている硫黄成分を離脱させていた。これに対して、本発明の排気浄化装置では、上述した所定硫黄成分保持量が限界硫黄成分保持量よりも少ないため、ＮＯｘ触媒２３の硫黄成分保持量が限界硫黄成分保持量に到達する前にＮＯｘ触媒２３が保持している硫黄成分を離脱させている。すなわち、本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ２Ｏ流出量を監視していない従来の排気浄化触媒とは硫黄成分離脱処理の実行タイミングが異なり、ＮＯｘ触媒２３の硫黄成分保持量の観点から見てＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ浄化能力が低下する前に、ＮＯｘ保持剤が保持している硫黄成分が離脱せしめられる。
【００７３】
また、ＮＯｘ触媒２３に保持されている硫黄成分を離脱させるための硫黄成分離脱処理は、ＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすると共に、上述したような昇温処理によってＮＯｘ触媒２３の温度を硫黄成分離脱温度以上にまで上昇させることによって行われる。
【００７４】
次に、本発明の第六実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第六実施形態における構成は、基本的に第一〜第五実施形態における構成と同様である。ところで、上述したようなＮＯｘ触媒２３は、経時的に、またはその温度が極端に高温になること等により劣化する。ここで、ＮＯｘ触媒２３の劣化とは、ＮＯｘ触媒２３に担持されている白金等の触媒の活性が低下することであって、ＮＯｘ触媒２３に保持されているＮＯｘ、硫黄成分および微粒子（パティキュレート）等によらないもの、すなわちＮＯｘ離脱処理、硫黄成分離脱処理および排気浄化触媒としてパティキュレートフィルタが用いられている場合において行われる微粒子を酸化・除去するフィルタ再生処理を行っても回復しない排気浄化触媒の浄化能力の低下意味し、特に、熱による白金等の触媒の酸化能力低下を意味する。
【００７５】
ＮＯｘ触媒２３では、ＮＯｘ触媒２３がまだほとんど使用されておらず、その劣化度合が低いときには、ＮＯｘ離脱処理が行われてもＮ２Ｏ流出量は少なく、その後、ＮＯｘ触媒２３の使用時間が延びるにつれて、その劣化度合が高くなり、ＮＯｘ離脱処理が行われるとＮ２Ｏ流出量が多くなる。これは、ＮＯｘ触媒２３の劣化度合が高いと、上述した反応式（２）の反応（Ｏ＋ＣＯ→ＣＯ２）が進まなくなり、結果的に酸素濃度が高い場合と同様に、反応式（４）の反応（Ｎ＋ＮＯ→Ｎ２Ｏ）が進んでしまうことによる。
【００７６】
そこで、本発明の第六実施形態の排気浄化装置では、上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段が、ＮＯｘ触媒２３の劣化度合に基づいてＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量を推定する。より詳細には、Ｎ２Ｏ流出量推定手段として排気浄化触媒の劣化度合を推定する劣化度合推定手段を設ける。劣化度合推定手段は、例えば本実施形態では、ＮＯｘ触媒が新品状態で車両に搭載されてからの総運転距離、総運転時間またはＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上の高温になった総時間等に基づいて排気浄化触媒の劣化度合を推定し、特に、これら距離および時間が短い場合にはＮＯｘ触媒の劣化度合が低いとされ、これら距離および時間が長くなるにつれてＮＯｘ触媒の劣化度合が高くなるとしてＮＯｘ触媒の劣化度合を推定する。
【００７７】
例えば、劣化度合を総運転時間から推定している場合、総運転時間ｔｄとＮ２Ｏ流出量Ｑｎ２ｏとの関係を予め求めてマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存しておき、Ｎ２Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑｎ２ｏａとなるような総運転時間を所定運転時間ｔｄａとして算出する。
【００７８】
この場合、総運転時間が所定運転時間ｔｄａよりも短い場合には、Ｎ２Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑｎ２ｏａよりも少ないことを示しており、一方、総運転時間が所定運転時間ｔｄａ以上である場合にはＮ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａ以上であることを示している。したがって、ＮＯｘ離脱処理を実行する際に、総運転時間が所定運転時間ｔｄａ以上である場合には、Ｎ２Ｏ流出抑制手段によりＮ２Ｏ流出抑制処理を実行する。ここで、ＮＯｘ触媒の劣化は回復できないものであるので、Ｎ２Ｏ流出抑制処理としてＮＯｘ触媒の劣化を回復させることはできない。したがって、本実施形態ではＮ２Ｏ流出抑制処理として上述した第一〜第五実施形態におけるＮ２Ｏ流出抑制処理が行われ、例えば、ＮＯｘ離脱処理を実行する際にＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘ触媒の劣化を考慮して設定された所定温度以上になってからＮＯｘ離脱処理が行われたり、ＮＯｘ離脱処理を実行する際にＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの酸素濃度がＮＯｘ触媒の劣化を考慮して設定された所定酸素濃度以上としてＮＯｘ離脱処理が行われたりする。なお、所定運転時間ｔｄａは、他のファクタ（ＮＯｘ触媒２３の温度、流入排気ガスの酸素濃度、ＮＯｘ保持量、硫黄成分保持量等）に基づいて算出され、例えば、ＮＯｘ触媒２３の温度が高い場合には所定運転時間ｔｄａも長く設定される。
【００７９】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒の劣化度合を推定することができる。このような例を、第六実施形態の変更例として以下に説明する。第六実施形態の変更例の構成は第六実施形態の構成と同様であるが、変更例ではＮＯｘ触媒の排気上流側において、ＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量を検出するためのＮ２Ｏ流出量検出装置（Ｎ２Ｏセンサ（図示せず））が設けられている。
【００８０】
ところで、ＮＯｘ触媒２３の劣化を考慮せずにＮＯｘ触媒２３から流出する排気ガス中のＮ２Ｏ流出量を推定した場合、すなわち上述したＮＯｘ触媒２３の温度、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量および硫黄成分保持量等からＮ２Ｏ流出量を推定した場合、推定されたＮ２Ｏ流出量は、ＮＯｘ触媒２３の劣化度合が低いときにはＮ２Ｏセンサによって検出されたＮ２Ｏ流出量にほぼ等しいが、ＮＯｘ触媒２３の劣化度合が高いときにはＮ２Ｏセンサによって検出されたＮ２Ｏ流出量よりも多くなる。そして、推定されたＮ２Ｏ流出量と検出されたＮ２Ｏ流出量との差（以下、単に「Ｎ２Ｏ流出量の差」と称す）が大きくなるほど、ＮＯｘ触媒２３の劣化度合が大きい。したがって、上記Ｎ２Ｏ流出量の差からＮＯｘ触媒２３の劣化度合を推定することができる。
【００８１】
ＮＯｘ触媒２３の劣化度合が変わると、上述したようにＮＯｘ触媒２３から流出するＮ２Ｏ流出量が変わる。すなわち、ＮＯｘ触媒２３の温度を例にすると、ＮＯｘ触媒２３の劣化度合が高い程、ＮＯｘ離脱処理を実行したときにＮ２Ｏ流出量が所定流出量以下となる温度が高くなる。
【００８２】
そこで、第六実施形態の変更例では、例えば第一実施形態において設定される所定温度ＴａをＮＯｘ触媒２３の劣化度合に応じて変更する。上述したように、上記所定温度Ｔａは、例えばＮＯｘ触媒２３に流入する酸素濃度、還元剤の種類、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量および硫黄成分保持量等に応じて決定される。さらに、本変更例では、このようにして決定された所定温度ＴａをＮＯｘ触媒２３の劣化度合に応じて変更する。
【００８３】
より詳細には、上記Ｎ２Ｏ流出量の差と補正温度ΔＴａとの関係を予め求め、マップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存する。ここで、Ｎ２Ｏ流出量の差と補正温度ΔＴａとの関係は、Ｎ２Ｏ流出量の差が小さいときには補正温度ΔＴａも小さく、Ｎ２Ｏ流出量の差が大きくなると補正温度ΔＴａも大きくなるような関係である。使用時には、Ｎ２Ｏ流出量の差に基づいて上記マップから補正温度ΔＴａを算出し、この補正温度ΔＴａをＮＯｘ触媒２３の劣化度合以外のファクタに基づいて決定された所定温度Ｔａに加算する。そして、実際の触媒温度Ｔｃａｔが温度（Ｔａ＋ΔＴａ）より高い場合にはＮＯｘ離脱処理を実行し、実際の触媒温度Ｔｃａｔが温度（Ｔａ＋ΔＴａ）以下である場合には触媒温度Ｔｃａｔを温度（Ｔａ＋ΔＴａ）に昇温してからＮＯｘ離脱処理を実行する。
【００８４】
なお、上記第六実施形態の変更例では、劣化度合（すなわちＮ２Ｏ流出量の差）に応じて補正温度を変更しているが、例えば、Ｎ２Ｏ流出量の差が所定差以上となったときに補正温度を１０℃程度上げる等、劣化度合を用いて他の方法で補正温度を変更してもよい。
【００８５】
また、上記第六実施形態の変更例では、ＮＯｘ触媒の劣化度合に基づいてＮＯｘ離脱処理時のＮＯｘ触媒の温度を変更するようにしているが、ＮＯｘ触媒の劣化度合に基づいて硫黄成分離脱処理時のＮＯｘ触媒の温度を変更する等、上述したようにして検出されたＮＯｘ触媒の劣化度合を他の用途に用いてもよい。
【００８６】
ところで、上述したように、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持量や硫黄成分保持量が多くなっているときには、ＮＯｘ触媒の劣化度合が高くなっているときと同様にＮ２Ｏ流出量が増大する。このため、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量および硫黄成分保持量を考慮せずにＮ２Ｏ流出量を推定している場合、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持量や硫黄成分保持量が多くなっているときには、ＮＯｘ触媒の劣化度合が低いにも関わらず、Ｎ２Ｏ流出量が多くなってしまい、上記Ｎ２Ｏ流出量の差が大きくなり、結果的にＮＯｘ触媒の劣化度合が高くなっていると推定されてしまう。
【００８７】
この場合、ＮＯｘ離脱処理または硫黄成分離脱処理を実行した後にＮ２ＯセンサによってＮ２Ｏ流出量を検出すれば、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持量や硫黄成分保持量が多いことによってＮＯｘ触媒の劣化度合が高くなっていると推定されてしまうことが防止される。したがって、本変更例では、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量および硫黄成分保持量を考慮せずに上述したＮＯｘ触媒２３の温度、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度等に基づいてＮ２Ｏ流出量を推定している場合、ＮＯｘ離脱処理または硫黄成分離脱処理を実行した後にＮ２ＯセンサによってＮ２Ｏ流出量を検出してもよい。
【００８８】
ところで、上記第一〜第六実施形態から分かるように、Ｎ２Ｏ流出量は、上述した六つのファクタ、すなわちＮＯｘ触媒２３の温度と、ＮＯｘ離脱処理を実行する際の還元剤の種類と、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量と、ＮＯｘ触媒２３の硫黄成分保持量と、ＮＯｘ離脱処理を実行する際にＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度と、ＮＯｘ触媒２３の劣化度合とに応じて変化する。すなわち、Ｎ２Ｏ流出量はこれらファクタの関数である。そこで、本発明では、上記第一〜第六実施形態のうち少なくとも二つの実施形態を組合せてもよい。このようにして上記実施形態を組合せた場合を第七実施形態として以下に説明する。特に、上記第一〜第六実施形態では各実施形態毎にそれぞれＮ２Ｏ流出量推定手段とＮ２Ｏ流出抑制手段とを有するが、本実施形態では第一〜第六実施形態のＮ２Ｏ流出量推定手段のうち少なくとも一つのＮ２Ｏ流出量推定手段と、第一〜第五実施形態のＮ２Ｏ流出抑制手段のうち少なくとも一つの最適なＮ２Ｏ流出抑制手段とを組合せることができる。この場合、例えば、Ｎ２Ｏ流出量推定手段として上記ファクタのうちの二つのファクタからＮ２Ｏ流出量を算出する。例えば、Ｎ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａとなる場合のファクタの値を予め実験的に求め、マップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存する。そして、内燃機関の運転中に上記ファクタの値とマップからＮ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａ以上になっていると推定される場合には、Ｎ２Ｏ流出抑制手段によりＮ２Ｏ抑制処理を実行する。
【００８９】
また、本実施形態のＮ２Ｏ流出抑制手段は、第一〜第五実施形態のＮ２Ｏ抑制処理のうち少なくとも一つの最適なＮ２Ｏ抑制処理を選択して実行する。ところで各Ｎ２Ｏ抑制処理は、実行の可否や燃費向上や内燃機関の運転の安定性（ドライバビリティ）の観点から、その時の内燃機関の運転状態に適している場合と、適していない場合とがある。そこで、本変更例のＮ２Ｏ流出抑制手段は、内燃機関の運転状態に応じて燃費、内燃機関の運転の安定性等が最も有利になるように、上記Ｎ２Ｏ抑制処理のうち最適なＮ２Ｏ抑制処理を選択して実行する。
【００９０】
次に、第七実施形態の例として、第一実施形態と第二実施形態との組み合わせた場合の組合せ例について図５を参照して以下に説明する。
【００９１】
上記第二実施形態で示したようにＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中に還元剤を混入させるために還元剤添加装置を設けた場合、安定して一種類またはそれ以上の還元剤をＮＯｘ触媒２３に流入させることができる。ところが、内燃機関の燃焼室に多量のＥＧＲガスを充填して燃焼室内のガスを低温で燃焼させる（以下、「低温燃焼制御」と称す）ことによって排気ガス中の一酸化炭素の量を増大させることによって一酸化炭素を還元剤とする場合、一酸化炭素の量を増大させることは常に実行することができるわけではなく、内燃機関の運転状態に応じて実行の可否が変化する。したがって、この場合、還元剤として常に一酸化炭素を常に利用することはできない。
【００９２】
そこで、本組合せ例では、使用可能な還元剤を使用してＮＯｘ離脱処理を実行したときにＮ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａ以下に維持されるような温度に昇温してから、上記還元剤を使用してＮＯｘ離脱処理を実行する。例えば、還元剤として一酸化炭素および炭化水素のいずれを用いることも可能である場合、ＮＯｘ処理を実行する直前のＮＯｘ触媒２３の温度が第二の温度Ｔ２よりも高いときには還元剤として一酸化炭素を用いてＮＯｘ離脱処理をすぐに実行し、ＮＯｘ離脱処理を実行する直前のＮＯｘ触媒２３の温度が第二の温度Ｔ２以下であるときには、ＮＯｘ触媒２３の昇温処理を実行してＮＯｘ触媒２３の温度を少なくとも第二の温度Ｔ２よりも高い温度に上昇させてから還元剤として一酸化炭素を用いてＮＯｘ離脱処理を実行する。一方、還元剤として炭化水素のみしか使用することができない場合、ＮＯｘ離脱処理を実行する直前のＮＯｘ触媒２３の温度が第一の温度Ｔ１よりも高い場合にはすぐにＮＯｘ離脱処理を実行するが、ＮＯｘ離脱処理を実行する直前のＮＯｘ触媒２３の温度が第一の温度Ｔ１以下であるときには、ＮＯｘ触媒２３の昇温処理を実行してＮＯｘ触媒２３の温度を少なくとも第一の温度Ｔ１よりも高い温度に上昇させてからＮＯｘ離脱処理を実行する。こうすることにより、ＮＯｘ触媒２３の昇温処理を実行することによるエネルギ消費を最小限に抑えつつ、Ｎ２Ｏ流出量を常に所定流出量以下に抑えることができる。
【００９３】
次に、図１０を参照して上記組合せ例におけるＮ２Ｏ抑制制御の制御ルーチンについて説明する。まず、ステップ１６１において温度センサ２５によってＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが検出される。次いで、ステップ１６２において、還元剤として一酸化炭素を利用することが可能であるか否かが判定される。ステップ１６２において一酸化炭素を利用することが可能であると判定された場合にはステップ１６３へと進む。ステップ１６３では、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが第二の温度Ｔ２以下であるか否かが判定され、第二の温度Ｔ２よりも高いと判定された場合にはステップ１６５へと進む。ステップ１６３においてＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが第二の温度Ｔ２以下であると判定された場合には、ステップ１６４へと進む。ステップ１６４では、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが少なくとも第二の温度Ｔ２に到達するまでＮＯｘ触媒２３の昇温処理が実行され、ステップ１６５へと進む。ステップ１６５では、還元剤として一酸化炭素を用いてＮＯｘ離脱処理が実行され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００９４】
一方、ステップ１６２において、還元剤として一酸化炭素を利用することが不可能であると判定された場合には、ステップ１６６へと進む。ステップ１６６では、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが第一の温度Ｔ１以下であるか否かが判定され、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが第一の温度Ｔ１よりも高いと判定された場合にはステップ１６５へと進む。ステップ１６６において、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが第一の温度Ｔ１以下であると判定された場合には、ステップ１６７へと進む。ステップ１６７では、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが第一の温度Ｔ１に到達するまでＮＯｘ触媒２３の昇温処理が実行され、ステップ１６８へと進む。ステップ１６８では、還元剤として炭化水素を用いてＮＯｘ離脱処理が実行され、制御ルーチンが完了せしめられる。
【００９５】
次に、本発明の第八実施形態の排気浄化装置について説明する。第八実施形態の排気浄化装置の構成は、上記実施形態の構成と基本的に同様であるが、ＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量を検出するためのＮ２Ｏ流出量検出装置（Ｎ２Ｏセンサ）がＮ２Ｏ流出量推定手段として設けられる。そして、第八実施形態の排気浄化装置では、Ｎ２Ｏセンサによって検出された実際のＮ２Ｏ流出量と上記所定流出量Ｑｎ２ｏａを比較し、それに応じてＮ２Ｏ離脱処理を実行する。より詳細には、ＮＯｘ触媒２３に対してＮＯｘ離脱処理を実行すべきときに、Ｎ２Ｏセンサによって検出されたＮ２Ｏ流出量、すなわちＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａよりも少ない場合にはすぐにＮＯｘ離脱処理を実行し、検出されたＮ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａよりも多い場合にはＮ２Ｏ流出抑制手段によりＮ２Ｏ抑制処理を実行してからＮＯｘ離脱処理を実行する。
【００９６】
次に、本発明の第九実施形態の排気浄化装置について説明する。第九実施形態の排気浄化装置の構成は、図１１に示したように、基本的に上記実施形態の排気浄化装置と同様であるが、還元剤添加装置３２を具備している。また、第九実施形態の排気浄化装置は、通常運転時の排気空燃比がほとんどリーンであるような内燃機関において特に用いられ、以下ではこのような内燃機関において用いた場合について説明する。
【００９７】
ところで、上述したように、ＮＯｘ離脱処理を実行する際には、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度が高いほど、ＮＯｘ触媒２３から離脱したＮＯｘがＮ２Ｏに転化しやすい。ここで、ＮＯｘ離脱処理として、機関排気空燃比をリッチにして、ＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比をリッチにする場合と、還元剤添加装置から還元剤を添加することによって流入排気空燃比をリッチにする場合とを比較してみる。機関排気空燃比をリッチにする場合、ほとんどの酸素が燃焼室５内で燃料等と反応するので、その排気ガスの酸素濃度は低い。一方、還元剤添加装置３２から還元剤を添加して流入排気空燃比をリッチにする場合には、排気ガスに還元剤が添加されてからその排気ガスがＮＯｘ触媒２３に到達するまでには一部の酸素と還元剤とのみが反応するので、ＮＯｘ触媒２３に流入するときのその排気ガスの酸素濃度は、上記機関排気空燃比をリッチにする場合に比べて高い。したがって、酸素濃度をより低くしつつＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比をリッチにするという観点では、機関排気空燃比をリッチにする方が好ましい。
【００９８】
一方、機関排気空燃比をリッチにするのは、上述した低温燃焼制御、ポスト噴射制御、吸気絞り制御（以下、総称して「機関排気空燃比低下手段」と称す）によって行われるが、これら制御は燃焼室５内での燃焼に直接影響を及ぼすので、機関出力等に変動が生じてしまい、運転の安定性（ドライバビリティ）が悪化してしまう。これに対して、還元剤添加装置から還元剤を添加する場合には、機関本体１から完全に排出された後の排気ガスに還元剤を添加するので、還元剤の添加は燃焼室５内での燃焼にはほとんど影響を及ぼさず、よって機関出力等に変動が生じてしまうこともない。したがって、運転の安定性（ドライバビリティ）の観点では、燃料添加装置から燃料を添加して排気ガスの空燃比をリッチにするほうが好ましい。
【００９９】
そこで、第九実施形態の排気浄化装置では、ＮＯｘ離脱処理を実行する際には、機関排気空燃比低下手段によって機関排気空燃比を低下させることと、還元剤添加装置から還元剤を添加することとを同時に行って流入排気空燃比をリッチにする。より詳細には、機関排気空燃比低下手段によって機関排気空燃比はリーンの範囲内で低下せしめられ、すなわち機関出力等に大きな変動が起こらない程度に低下せしめられる。したがって、内燃機関から排出される排気ガスはその空燃比がリーンでありながらも比較的酸素濃度が低くなっている。そして、このように機関排気空燃比が低下せしめられた排気ガスに流入排気ガスがリッチになるように還元剤添加装置から還元剤が添加される。こうして、本実施形態の排気浄化装置では、ＮＯｘ離脱処理の実行時に、機関出力等に大きな変動を起こさないようにしつつ且つ酸素濃度を比較的低く抑えつつ空燃比がリッチとされた排気ガスがＮＯｘ触媒に流入せしめられる。このため、本実施形態の排気浄化装置によれば、ＮＯｘ離脱処理の実行時において、還元剤添加装置からの還元剤の添加のみによって流入排気空燃比をリッチする場合に比べて、Ｎ２Ｏ流出量を抑制することができる。
【０１００】
なお、上記第九実施形態の排気浄化装置によれば、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させて、Ｎ２Ｏ流出量を抑制すること以外にも下記の様な効果を得られる。
【０１０１】
まず、上述したように酸素濃度が低減されるので、ＮＯｘ離脱処理中に反応式（５）の反応がＮＯｘ触媒２３の触媒（白金等）で行われることが少なくなる。よって、ＮＯｘ触媒２３の触媒は、ほとんど反応式（６）の反応を進めるためにのみ用いられるので、ＮＯｘ離脱処理中にＮＯｘ触媒２３に保持されているＮＯｘが良好に還元・浄化される。
ＨｎＣｍ＋Ｏ２→ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ （５）
ＨｎＣｍ＋ＮＯ→ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ＋Ｎ２ （６）
【０１０２】
また、還元剤添加装置から添加する還元剤として燃料を添加した場合、すなわち炭素数の多いＨＣ（以下、「重質ＨＣ」と称す）を添加した場合、この重質ＨＣの多くは、そのままＮＯｘ触媒２３に流入する。一方、機関排気空燃比低下手段によって機関排気空燃比を低下させた場合には、内燃機関の燃焼室５においける反応により、燃料は炭素数の少ないＨＣ（以下、「軽質ＨＣ」と称す）やＣＯとなっており、その後少量の重質ＨＣを還元剤添加装置から添加しても、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中の還元剤のほとんどは軽質ＨＣやＣＯである。したがって、本実施形態によれば第二実施形態で説明したＮ２Ｏ流出量をより抑制することができる還元剤を多く含む排気ガスをＮＯｘ触媒２３に流入させることができる。
【０１０３】
また、還元剤の種類によってＮＯｘ触媒２３に保持されているＮＯｘが還元される度合（以下、「ＮＯｘ還元率」と称す）が異なり、図１２に示したようにＣＯのＮＯｘ還元率が最も高く、重質ＨＣのＮＯｘ還元率が最も低い。したがって、本実施形態の排気浄化装置によれば、ＮＯｘ還元率の高い還元剤を多く含む排気ガスをＮＯｘ触媒２３に流入させることができる。なお、図１２では、重質ＨＣとしてＣ１０Ｈ１２のＮＯｘ還元率を、軽質ＨＣとしてＣ３Ｈ６のＮＯｘ還元率を示している。
【０１０４】
さらに、上記吸気絞り制御や低温燃焼制御によって機関排気空燃比を低下させた場合、還元剤添加装置３２によって還元剤を添加して流入排気空燃比を低下させた場合に比べて、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの体積流量が少なくなる。すなわち、吸気絞り制御を行う場合、スロットルバルブ１７が絞られることにより燃焼室５に流入する吸気ガスが減少し、その結果、排気ガスの体積流量も減少する。また、低温燃焼制御を行う場合、ＥＧＲガスとして吸気ガスに混入させる排気ガスが増加されるため、内燃機関から排出された排気ガスが多量にＥＧＲ通路へ流入し、結果として、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの体積流量が減少する。
【０１０５】
一方、図１３に示したように、排気ガスの体積流量が多い場合には、排気ガス中に含まれる還元剤が酸素やＮＯｘと反応せずにＮＯｘ触媒を通過してしまうことが多くなるので、ＮＯｘ還元率は低く、逆に、排気ガスの体積流量が少ない場合には、排気ガス中に含まれる還元剤がＮＯｘと反応せずにＮＯｘ触媒を通過してしまうことが少なくなり、還元剤と酸素およびＮＯｘとが反応し易くなるので、ＮＯｘ還元率は高い。したがって、吸気絞り制御や低温燃焼制御によって機関排気空燃比を低下させると、還元剤添加装置３２によって還元剤を添加して流入排気空燃比を低下させる場合に比べて、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの体積流量が少なくなることにより、ＮＯｘ還元率が高くなる。よって、本実施形態のように、吸気絞り制御や低温燃焼制御によって機関排気空燃比を低下させつつ還元剤添加装置３２によって還元剤を添加することで、還元剤添加装置３２から還元剤を添加することのみによって流入排気空燃比を低下させる場合に比べて、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの体積流量が少なくなるという観点からもＮＯｘ還元率を高めることができる。
【０１０６】
第九実施形態の排気浄化装置について、より具体的に説明する。なお、以下の説明では、第九実施形態を第一実施形態の変更例に組み合わせた場合について説明するが、第九実施形態の排気浄化装置は機関排気空燃比低下手段によって空燃比が低下せしめられた機関排気ガスに上記還元剤添加装置から還元剤を添加することによってＮＯｘ離脱処理を実行すれば如何なる手順でＮＯｘ離脱処理を実行してもよい。
【０１０７】
図１４に示したように、本実施形態の内燃機関では、定常時にＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がリーンとなっている。そして、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量が一定保持量以上となった場合に、ＮＯｘ触媒２３の温度が上記所定温度よりも低いときには、ＮＯｘ触媒２３の昇温処理として、機関排気空燃比低下手段であるポスト噴射制御によって機関排気空燃比が低下せしめられる。このとき、機関排気空燃比は理論空燃比に近いリーンとされる。その後、ＮＯｘ触媒２３の温度が上記所定温度以上になると、上記ポスト噴射制御によって機関排気空燃比を低下させた状態にしつつ（図中のα）、還元剤添加装置３２から還元剤を添加し、流入排気空燃比をリッチにする（図中のβ）。その後、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量がほぼ零になると、ポスト噴射制御および還元剤添加装置３２からの還元剤の添加が中止される。
【０１０８】
次に、本発明の第九実施形態の排気浄化装置の変更例について説明する。第九実施形態の変更例の構成は基本的に第九実施形態の排気浄化装置の構成と同様であるが、図１１に示したようにＥＧＲガス冷却装置２８をバイパスするためのバイパス通路３３が設けられる。また、ＥＧＲ通路２６からバイパス通路３３への分岐地点には流量調整弁３４が設けられ、この流量調整弁３４はＥＧＲガス冷却装置２８およびバイパス通路３３へ流入するＥＧＲガスの流量を調整する。また、本変更例では、ＮＯｘ離脱処理を実行するときに、低温燃焼制御によって機関排気空燃比を低下させると共に、還元剤添加装置３２から還元剤を添加することによって、流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとされる。
【０１０９】
さらに、本変更例では、ＮＯｘ離脱処理中に低温燃焼制御を行っている場合には、流量調整弁３４はほとんどのＥＧＲガスがＥＧＲガス冷却装置を通らずにバイパス通路３３を通るように切り替えられる。したがって、吸気ガス中には、冷却されていない高温のＥＧＲガスが混入せしめられる。このため、燃焼室５に流入するＥＧＲガスを含んだ吸気ガスは比較的高温となっており、結果的に機関本体１から排出される排気ガスも高温となっている。
【０１１０】
このように、本変更例では、ＮＯｘ離脱処理の実行において、機関本体１から排出される排気ガスが高温であるため、ＮＯｘ触媒２３の温度も高くなる。そして、上述したようにＮＯｘ触媒２３の温度が高くなると、ＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量が抑制される。したがって、本変更例では、ＮＯｘ離脱処理の実行時に、ＥＧＲガス冷却装置をバイパスさせたＥＧＲガスを吸気ガス中に混入させることで、ＮＯｘ触媒２３を昇温することができる。
【０１１１】
なお、上記変更例ではＮＯｘ離脱処理時にＥＧＲガス冷却装置をバイパスさせたＥＧＲガスを吸気ガス中に混入しているが、昇温処理等、機関排気空燃比を低下させる処理を実行するときであって排気ガスの温度を高めるべきときであればいつでも上記ＥＧＲガスを冷却せずに吸気ガス中に混入してもよい。特に、昇温処理中には、このような制御を行うことにより早期にＮＯｘ触媒２３を昇温することができる。
【０１１２】
なお、ＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量は上記ファクタ（ＮＯｘ触媒２３の温度、還元剤の種類、ＮＯｘ保持量、硫黄成分保持量、酸素濃度、ＮＯｘ触媒２３の劣化度合）以外にも、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの流量に応じて変化し、流入する排気ガスの流量が多くなればＮ２Ｏ流出量も多くなり、流入する排気ガスの流量が少なくなればＮ２Ｏ流出量も少なくなる。したがって、上記各実施形態では、ＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量の所定流出量Ｑｎ２ｏａはＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの流量に応じて補正され、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの流量が多くなれば所定流出量Ｑｎ２ｏａも多くされ、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの流量が少なくなれば所定流出量Ｑｎ２ｏａも少なくされる。あるいは、ＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量ではなく、Ｎ２Ｏ選択率（ＮＯｘを還元する際にＮＯｘがＮ２Ｏに転化される割合、特に第一〜第七実施形態ではＮＯｘ触媒２３から離脱せしめられたＮＯｘのうちＮ２Ｏに転化される割合）を基準にＮ２Ｏ抑制処理を実行してもよい。この場合、Ｎ２Ｏ選択率が所定選択率よりも高い場合に、Ｎ２Ｏ抑制処理が実行される。
【０１１３】
また、上記実施形態において、ＮＯｘ触媒２３に対するＮＯｘ離脱処理を実行する前にＮ２Ｏ流出量を推定するとしたが、もちろん、ＮＯｘ触媒２３に対するＮＯｘ離脱処理が行われている間、その時にＮＯｘ触媒２３から排気下流に流出しているＮ２Ｏ流出量Ｑｎ２ｏを推定し、推定されたＮ２Ｏ流出量Ｑｎ２ｏが所定流出量Ｑｎ２ｏａを超える場合にはＮ２Ｏ流出抑制手段によってＮ２Ｏ流出量を少なくするように制御してもよい。例えば、酸素濃度検出手段としてＯ２センサを用い、ＮＯｘ触媒２３に対するＮＯｘ離脱処理が行われている間にＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度をＯ２センサによって検出し、検出された酸素濃度が所定酸素濃度Ｃｏａよりも高い場合にはＮ２Ｏ流出抑制処理を実行するようにしてもよい。
【０１１４】
また、上記実施形態において、排気浄化触媒としてＮＯｘ触媒を用いているが、三元触媒や、流入排気空燃比がリーンのときにもＮＯｘを還元することができるリーンＮＯｘ触媒であってもよい。この場合、Ｎ２Ｏ流出量推定手段は触媒の温度、触媒に流入する排気ガスの酸素濃度に基づいてＮ２Ｏ流出量を推定し、およびＮ２Ｏ流出抑制手段はこれら二つのファクタを変更してＮ２Ｏの流出を抑制する。もちろん、ＮＯｘ触媒と同様にＮＯｘの保持能力があれば、パティキュレートフィルタ等、如何なる排気浄化触媒であってもよい。
【０１１５】
また、上記実施形態では、Ｎ２Ｏ流出量推定手段によって推定されたＮＯｘ離脱処理を実行したときのＮ２Ｏ流出量が所定流出量以上であった場合には、Ｎ２Ｏ流出抑制手段によってＮ２Ｏ抑制処理を実行してから、ＮＯｘ離脱処理を実行するようにしているが、Ｎ２Ｏ抑制処理を実行せずに、ＮＯｘ離脱処理を実行してもＮ２Ｏ流出量が所定流出量よりも少なくなるまで待ってから、ＮＯｘ離脱処理を実行してもよい。例えば、ＮＯｘ離脱処理を実行すべきときにＮＯｘ触媒２３の温度が図１の所定温度Ｔａよりも低い場合には、ＮＯｘ触媒２３の温度がＮ２Ｏ抑制処理以外の処理によって所定温度Ｔａ以上になるのを待ってから、ＮＯｘ離脱処理を実行する。
【０１１６】
最後に、本発明のＮＯｘ触媒２３による排気ガスの浄化メカニズム、特に排気ガス中のＮＯｘの保持・離脱および還元浄化作用について図１５を参照して説明する。ＮＯｘ触媒２３は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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であるＮＯｘ保持剤と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とから成る。
【０１１７】
ここで、このＮＯｘの保持・離脱および還元浄化作用のメカニズムについて白金（Ｐｔ）およびバリウム（Ｂａ）を担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。なお、図１５（Ａ）および（Ｂ）はＮＯｘ触媒２３の隔壁の表面上および隔壁の細孔表面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表している。図１５（Ａ）および（Ｂ）において６０は白金の粒子を示しており、６１はバリウム等のＮＯｘ保持剤を含む担体層を示している。
【０１１８】
流入排気空燃比がかなりリーンになると排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、図１５（Ａ）に示されるようにこれら酸素がＯ２ −またはＯ２−の形で白金６０の表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金６０の表面上でＯ２ −またはＯ２−と反応し、ＮＯ２となる（２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２）。次いで生成されたＮＯ２の一部は白金６０上で更に酸化されつつＮＯｘ保持剤６１内に吸収されて酸化バリウム（ＢａＯ）と結合しながら、図１５（Ａ）に示されるように硝酸イオン（ＮＯ３ −）の形でＮＯｘ保持剤６１内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ保持剤６１に保持される。
【０１１９】
流入する排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金６０の表面でＮＯ２が生成され、ＮＯｘ保持剤６１のＮＯｘ保持能力が飽和しない限りＮＯ２がＮＯｘ保持剤６１に保持されて硝酸イオン（ＮＯ３ −）が生成される。これに対して排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ２の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ３ −→ＮＯ２）に進み、斯くしてＮＯｘ保持剤６１内の硝酸イオン（ＮＯ３ −）がＮＯ２の形でＮＯｘ保持剤から放出される。すなわち、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯｘ保持剤６１からＮＯｘが離脱せしめられることになる。流入する排気ガスのリーンの度合いが低くなれば排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって流入する排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯｘ保持剤６１からＮＯｘが離脱せしめられることになる。
【０１２０】
一方、この時流入排気空燃比を小さくすると、ＨＣ、ＣＯは白金６０上のＯ２ −またはＯ２−と反応して酸化せしめられる。また、流入排気空燃比を小さくすると排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯｘ保持剤６１からＮＯ２が離脱され、このＮＯ２は図１５（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元浄化せしめられる。このようにして白金６０の表面上にＮＯ２が存在しなくなるとＮＯｘ保持剤６１から次から次へとＮＯ２が離脱される。したがって流入排気空燃比を小さくし、且つ還元剤が存在する状態にすると短時間のうちにＮＯｘ保持剤６１からＮＯｘが離脱されて還元浄化されることになる。
【０１２１】
なお、本明細書において、ＮＯｘ触媒からＮＯｘまたは硫黄成分を離脱させるときに、流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすると説明したが、実際には流入する排気ガスの酸素濃度が所定の酸素濃度よりも低くなることによってＮＯｘ触媒からＮＯｘや硫黄成分が離脱し易くなる。したがって、上述した実施形態における「排気ガスの空燃比（排気空燃比）をほぼ理論空燃比またはリッチにする」という説明は「流入する排気ガスの酸素濃度を所定の酸素濃度以下にする」ことを意味する。
【０１２２】
また、本明細書において「保持」という用語は、ＮＯｘを硝酸塩等の形で蓄積する場合の「吸収」およびＮＯｘをＮＯ２等の形で吸着する「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。また、ＮＯｘ触媒からの「離脱」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。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明によれば、ＮＯｘ触媒から排気下流に流出する排気ガス中のＮ２Ｏの量であるＮ２Ｏ流出量が常に所定量以下に抑えられるので、Ｎ２Ｏの流出量が少ない排気浄化装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関の全体の図である。
【図２】ＮＯｘ触媒の温度とＮ２Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図３】第一実施形態におけるＮ２Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【図４】第一実施形態の変更例におけるＮＯｘ触媒への流入排気空燃比とＮＯｘ触媒の温度とのタイムチャートである。
【図５】各種還元剤を用いてＮＯｘ離脱処理を実行した場合のＮＯｘ触媒の温度とＮ２Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図６】第二実施形態におけるＮ２Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【図７】ＮＯｘ触媒の酸素濃度とＮ２Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図８】ＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持量とＮ２Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図９】ＮＯｘ触媒の硫黄成分保持量とＮ２Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図１０】第七実施形態におけるＮ２Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【図１１】第九実施形態について示した図１と同様な図である。
【図１２】還元剤の種類とＮＯｘ還元率との関係を示す図である。
【図１３】ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの体積流量とＮＯｘ還元率との関係を示す図である。
【図１４】第九実施形態における図４と同様な図である。
【図１５】ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの保持および離脱を説明するための図である。
【符号の説明】
５…燃焼室
２３…排気浄化触媒、ＮＯｘ触媒
２５…温度センサ
４０…ＥＣＵ
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気ガス中にはＮＯｘが含まれており、このＮＯｘを除去するために従来から様々な排気浄化触媒が開発されてきた。このような排気浄化触媒の多くは、内燃機関の排気後流に取付けられ、排気浄化触媒に流入した排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元することによって、ＮＯｘを除去している（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２１２９６１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したような排気浄化触媒でＮＯｘを還元した場合、Ｎ２やＯ２だけでなくＮ２Ｏが発生してしまうことがある。このＮ２Ｏは、ＮＯｘと同様に大気中へ放出されることを抑制する必要がある。
【０００５】
したがって、本発明の目的はＮ２Ｏの流出量が少ない排気浄化装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の発明では、内燃機関の排気通路上に配置された排気浄化触媒と、該排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を推定するためのＮ２Ｏ流出量推定手段と、上記Ｎ２Ｏ流出量を減少させるためのＮ２Ｏ流出抑制手段とを具備し、上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ２Ｏ流出量が所定量以上である場合には、上記Ｎ２Ｏ流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を減少させるようにした。
第１の発明によれば、排気浄化触媒から排気下流に流出する排気ガス中のＮ２Ｏの量であるＮ２Ｏ流出量が常に所定量以下に抑えられる。特に、上記所定量をほぼ零に設定すれば、本発明の排気浄化装置からは大気中にほとんどＮ２Ｏが放出されない。
【０００７】
第２の発明では、第１の発明において、上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段は、排気浄化触媒の温度と、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度と、排気浄化触媒の劣化度合とのうちの少なくともいずれか一つに基づいて排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を推定する。
なお、排気浄化触媒の温度が高いときにはＮ２Ｏ流出量が少なく且つ触媒温度が低いときにはＮ２Ｏ流出量が多くなるものとして、また、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度が高いときにはＮ２Ｏ流出量が多く且つ酸素濃度が低いときにはＮ２Ｏ流出量が少なくなるものとして、さらに、排気浄化触媒の劣化度合が高いときにはＮ２Ｏ流出量が多く且つ劣化度合が低いときにはＮ２Ｏ流出量が少なくなるものとして、Ｎ２Ｏ流出量が推定される。したがって、触媒温度が高くなった場合、酸素濃度が濃くなった場合、触媒劣化度合が高くなった場合には、Ｎ２Ｏ流出量が所定量を越えてしまうことがあり、このとき流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を減少させる。
また、排気浄化触媒の劣化度合とは、排気浄化触媒に担持されている白金等の触媒の活性が低下している度合（特に、酸化能力の低下度合）、あるいは排気浄化触媒に保持されている酸素、ＮＯｘ、硫黄成分を離脱させる処理や排気浄化触媒に付着している微粒子を酸化・除去する処理を実行しても回復しない触媒の浄化性能の低下度合を意味する。
【０００８】
第３の発明では、第１または第２の発明において、上記Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、排気浄化触媒の温度をＮ２Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような温度以上に上昇させる。
【０００９】
第４の発明では、第１の発明において、上記排気浄化触媒は、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のＮＯｘを保持すると共に、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときには保持しているＮＯｘを離脱させるＮＯｘ触媒であり、該ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯｘ触媒が保持しているＮＯｘを離脱させるＮＯｘ離脱処理を実行するＮＯｘ離脱手段をさらに具備する。
第４の発明によれば、ＮＯｘ触媒が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のＮＯｘを保持するため、このときはＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量はほぼ零である。逆に、ＮＯｘ触媒は流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときに保持しているＮＯｘを離脱させるため、ＮＯｘ離脱処理を実行した時以外はほとんどリーンである内燃機関等では、ＮＯｘ離脱処理を実行したときにのみＮＯｘ触媒の温度等の条件によってＮＯｘ触媒からＮ２Ｏが流出せしめられる。
【００１０】
第５の発明では、第４の発明において、上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段は、排気浄化触媒の温度と、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度と、排気浄化触媒の劣化度合と、ＮＯｘ触媒に保持されているＮＯｘ量およびＮＯｘ触媒に保持されている硫黄成分量のうちの少なくともいずれか一つに基づいてＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量を推定する。
なお、ＮＯｘ触媒に保持されているＮＯｘ量が少ないときにはＮ２Ｏ流出量が少なく且つＮＯｘ量が多いときにはＮ２Ｏ流出量が多くなるものとして、また、ＮＯｘ触媒に保持されている硫黄成分量が少ないときにはＮ２Ｏ流出量が少なく且つ硫黄成分量が多いときにはＮ２Ｏ流出量が多くなるものとして、Ｎ２Ｏ流出量が推定される。したがって、ＮＯｘ触媒に保持されているＮＯｘ量が多い場合、およびＮＯｘ触媒に保持されている硫黄成分量が多い場合には、Ｎ２Ｏ流出量が所定量を越えてしまうことがあり、このとき流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を減少させる。
【００１１】
第６の発明では、第４または第５の発明において、上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段は、ＮＯｘ離脱処理を実行する前にＮＯｘ離脱処理を実行した場合のＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量を推定し、上記Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、推定されたＮ２Ｏ流出量が上記所定量以上であるときには、Ｎ２Ｏ流出量が該所定量よりも少ないと推定されるまでＮＯｘ離脱処理を禁止する。
第６の発明によれば、ＮＯｘ離脱手段によってＮＯｘ離脱処理を実行する前にＮＯｘ離脱処理を実行した場合のＮ２Ｏ流出量が推定され、推定されたＮ２Ｏ流出量に基づいてＮＯｘ離脱処理を実行するか否かが決定されるので、ＮＯｘ離脱処理を実行してもＮ２Ｏ流出量が所定量を超えることがない。また、第６の発明によれば、推定されたＮ２Ｏ流出量が所定量以上であるときには、例えＮＯｘ離脱処理を実行すればＮＯｘ触媒からＮＯｘを離脱させることができる場合であってもＮ２Ｏ流出量が所定量よりも少なくなるまでＮＯｘ離脱処理が実行されないため、本発明におけるＮＯｘ離脱処理の実行タイミングは、Ｎ２Ｏの流出を無視してＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持量等に応じてＮＯｘ離脱処理を実行する場合のＮＯｘ離脱処理の実行タイミングとは異なる。
【００１２】
第７の発明では、第６の発明において、上記Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、さらに、推定されたＮ２Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような温度にまでＮＯｘ触媒を昇温してから上記ＮＯｘ離脱手段によってＮＯｘ離脱処理を実行する。
【００１３】
第８の発明では、第７の発明において、上記ＮＯｘ触媒の昇温は該ＮＯｘ触媒に流入する排気ガス中に還元剤を含有させる還元剤混入手段によって行われ、上記還元剤混入手段はＮＯｘ離脱処理を実行するまでＮＯｘ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ーンとなるように還元剤を含有させる。
第８の発明によれば、ＮＯｘ離脱処理を実行するまで、すなわち推定されたＮ２Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような温度にまでＮＯｘ触媒が昇温されるまで、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比はリッチにされず、よってＮＯｘ触媒に保持されているＮＯｘが離脱せしめられることはない。一方で、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスに還元剤が混入されるので、この還元剤がＮＯｘ触媒上流の排気通路上またはＮＯｘ触媒等で反応して発熱し、ＮＯｘ触媒が昇温される。このように、第８の発明によれば、ＮＯｘ触媒からＮＯｘ、Ｎ２Ｏを離脱させることなく、ＮＯｘ触媒を昇温することができる。
なお、上記第８の発明では、ＮＯｘ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ーンとなるように還元剤を含有させるとしているが、排気ガスの空燃比がリーンとなるように還元剤を含有させるのが好ましい。これは、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比であっても場合によっては多少ＮＯｘやＮ２Ｏが離脱されることがあることによる。
また、還元剤混入手段は、少なくとも後述する還元剤添加装置と機関排気空燃比低下手段とのいずれか一方または両方を具備する。さらに、還元剤としては、例えば燃料、炭化水素、一酸化炭素、水素等が挙げられるが、排気ガス中の酸素濃度を低下させることができ且つＮＯｘ触媒から離脱したＮＯｘを還元することができれば如何なる還元剤であってもよい。以下、本明細書中の「還元剤」とはこのような還元剤を意味するものとする。
【００１４】
第９の発明では、第４〜第８のいずれか一つの発明において、ＮＯｘ離脱手段はＮＯｘ触媒に流入する排気ガス中に還元剤を含有させる還元剤混入手段であり、上記Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、排気ガスに含有させる還元剤としてＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような還元剤を還元剤混入手段に選択させる。
ＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量はＮＯｘ離脱処理において用いられる還元剤の種類に応じて異なり、また、還元剤の種類に応じて利用し易さが異なる（例えば、ＣＯはＨＣに比べて生成しにくい）。第９の発明によれば、各還元剤を用いたときのＮ２Ｏ流出量と還元剤の利用し易さ等を考慮して、最適な還元剤が選択される。
【００１５】
第１０の発明では、第４〜第７のいずれか一つの発明において、上記ＮＯｘ触媒の排気上流側において機関排気通路を通過する排気ガスに還元剤を添加する還元剤添加装置と、内燃機関本体から排出される機関排気ガスの空燃比を所定範囲内に低下させる機関排気空燃比低下手段とをさらに具備し、上記Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、上記機関排気空燃比低下手段によって空燃比が低下せしめられた機関排気ガスに上記還元剤添加装置から還元剤を添加することによってＮＯｘ離脱処理を実行するようにした。
一般に、ディーゼル内燃機関等、通常運転時の機関排気ガスの空燃比（以下、「機関排気空燃比」と称す）がほとんどリーンである内燃機関では、機関排気空燃比をほぼ理論空燃比やリッチにしようとすると、当該内燃機関の運転の安定性（ドライバビリティ）がひどく悪化してしまう。一方、機関排気空燃比を低下させることによってＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比を低下させると、還元剤添加装置から還元剤を添加する場合に比べて、流入する排気ガスの酸素濃度を低下させることができ、より反応性の良い還元剤とすること、および場合によってはＮＯｘ触媒を通る排気ガスの体積流量を低下させることができ、Ｎ２Ｏの発生を抑制することができる。そこで、第１０の発明では、ＮＯｘ離脱処理を実行するのに、機関排気空燃比を低下させて、さらに還元剤添加装置から還元剤を添加しており、これによりドライバビリティを悪化させずにＮ２Ｏの発生を抑制することができる。
なお、「機関排気ガス」とは、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスを意味する。また、機関排気空燃比低下手段による機関排気空燃比の低下は、例えば実施形態中に示した低温燃焼制御、ポスト噴射制御、吸気絞り制御等によって行われる。
【００１６】
第１１の発明では、第１０の発明において、機関排気通路から機関吸気通路へ排気ガスを戻す排気再循環通路をさらに具備し、該排気再循環通路には該排気再循環通路を通過する排気ガスを冷却する再循環ガス冷却装置が設けられると共に、該再循環ガス冷却装置をバイパスさせる冷却装置バイパス通路が設けられ、上記機関排気空燃比低下手段は再循環ガス冷却装置を通さずに冷却装置バイパス通路を通して排気ガスを機関吸気通路へ戻しつつ機関排気ガスの空燃比を低下させる。
第１１の発明に依れば、機関排気通路へ戻される排気ガス（以下、「再循環ガス」と称す）は再循環ガス冷却装置を通らないので、その温度が高い。このため、吸気ガスに高温の再循環ガスが混入されているので、内燃機関の燃焼室に流入する吸気ガスの温度は高く、燃焼後に内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスの温度も高い。したがって、機関排気空燃比低下手段によって機関排気空燃比が低下せしめられるときには、同時に機関排気ガスの温度が高くなっており、よってＮＯｘ触媒には高温の排気ガスが流入し、ＮＯｘ触媒が早期に昇温される。
【００１７】
第１２の発明では、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のＮＯｘを保持すると共に、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときには保持しているＮＯｘを離脱させるＮＯｘ触媒が機関排気通路上に設けられ、該ＮＯｘ触媒の排気上流側において機関排気通路を通過する排気ガスに還元剤を添加する還元剤添加装置と、内燃機関本体から排出される機関排気ガスの空燃比を所定範囲内に低下させる機関排気空燃比低下手段とを具備する内燃機関の排気浄化装置において、機関排気空燃比低下手段によって空燃比が低下せしめられた機関排気ガスに還元剤添加装置から還元剤を添加することによってＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにするようにした。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の排気浄化装置について説明する。図１は本発明の排気浄化装置を備えた筒内噴射型の圧縮自着火式のディーゼル内燃機関を示している。なお、本発明において用いられる排気浄化装置は火花点火式内燃機関にも搭載可能である。
【００１９】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。
【００２０】
吸気ダクト１３内にはスロットル弁駆動用ステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、さらに吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示した内燃機関では冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により吸入空気が冷却される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は排気管２２を介して排気浄化触媒２３を収容するケーシング２４に連結される。排気浄化触媒２３には排気浄化触媒２３の温度を検出するための温度センサ２５が取付けられる。
【００２１】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、「ＥＧＲ」と称す）通路２６を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２６内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２７が配置される。またＥＧＲ通路２６周りにはＥＧＲ通路２６内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲガス冷却装置２８が配置される。図１に示した内燃機関ではＥＧＲガス冷却装置２８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によりＥＧＲガスが冷却される。
【００２２】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２９に連結される。このコモンレール２９内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３０から燃料が供給され、コモンレール２９内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２９にはコモンレール２９内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３１が取付けられ、燃料圧センサ３１の出力信号に基づいてコモンレール２９内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ３０の吐出量が制御される。
【００２３】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１により互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備する。温度センサ２５および燃料圧センサ３１の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
【００２４】
アクセルペダル４９にはアクセルペダル４９の踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５０が接続され、負荷センサ５０の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。さらに入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５１が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２７、および燃料ポンプ３０に接続される。
【００２５】
ところで、上述したような排気浄化触媒は、ＮＯｘをＮ２およびＯ２に還元する。さらに、排気浄化触媒の温度等、種々のファクタの値によっては、ＮＯｘをＮ２Ｏに還元する。したがって、上述したような排気浄化触媒を通過して大気中に放出される排気ガス中にはＮ２およびＯ２に加えて、Ｎ２Ｏが含まれることがある。このＮ２ＯはＮＯｘと同様に大気中へ放出されることを抑制する必要がある。すなわち、排気浄化触媒から排気下流に流出するＮ２Ｏの量であるＮ２Ｏ流出量を低く抑えることが必要である。ところが、従来では、排気浄化触媒からＮ２Ｏが流出する条件が正確に把握されておらず、よって排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を低く抑えることができなかった。したがって、従来の排気浄化装置からは、Ｎ２Ｏを多く含んだ排気ガスが大気中に放出されてしまうことがあった。
【００２６】
これに対して本発明の第一実施形態の排気浄化装置は、排気浄化触媒２３の排気下流に流出すると予測される排気ガス中のＮ２Ｏの量、または現在排気浄化触媒２３の排気下流に流出している排気ガス中のＮ２Ｏの量（以下、単に「Ｎ２Ｏ流出量」と称す）を推定するためのＮ２Ｏ流出量推定手段と、排気浄化触媒２３の排気下流に流出する排気ガス中のＮ２Ｏの量（以下、同様に「Ｎ２Ｏ流出量」と称す）を減少させるためのＮ２Ｏ流出抑制手段とを具備する。そして、このＮ２Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ２Ｏ流出量が所定流出量以上である場合には、Ｎ２Ｏ流出抑制手段によって排気浄化触媒２３からのＮ２Ｏ流出量を減少させるようにしている。特に、上述したような場合、Ｎ２Ｏ流出抑制手段を作動させることによって排気浄化触媒２３からのＮ２Ｏ流出量をほぼ零にするのが好ましい。
【００２７】
したがって、本発明の第一実施形態によれば、排気浄化触媒２３からのＮ２Ｏ流出量が多くなることまたは多いことがＮ２Ｏ流出量推定手段によって推定されると、排気浄化触媒２３からのＮ２Ｏ流出量が少なく抑えられるかあるいはほぼ零にされる。したがって、本発明の排気浄化装置を通過してから大気中に放出される排気ガス中のＮ２Ｏの量は少なく抑えられる。
【００２８】
なお、Ｎ２Ｏ流出量に関する上記所定流出量は、内燃機関および排気浄化触媒２３の状態を排気浄化触媒２３からのＮ２Ｏ流出量が少なくなるような状態にした場合における排気浄化触媒２３からのＮ２Ｏ流出量に等しいか、またはこのようなＮ２Ｏ流出量よりも僅かに多い量である。あるいは、上記所定流出量はほぼ零としてもよい。本実施形態の排気浄化装置によれば、排気浄化触媒２３からのＮ２Ｏ流出量は常に所定流出量以下に維持されるため、このように所定流出量を設定することにより排気浄化触媒２３の排気下流にＮ２Ｏがほとんど流出しないようにすることができる。
【００２９】
次に、第一実施形態の排気浄化装置における排気浄化触媒２３からのＮ２Ｏ流出量を少なく抑えるためのＮ２Ｏ流出抑制制御について説明する。まず、排気浄化触媒２３の排気下流に流出する排気ガス中に含まれるＮ２Ｏ流出量Ｑｎ２ｏをＮ２Ｏ流出量推定手段によって推定する。この場合、Ｎ２Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ２Ｏ流出量Ｑｎ２ｏは推定した時点で排気浄化触媒２３から流出しているＮ２Ｏの量であってもよいし、単位時間後に排気浄化触媒２３から流出すると推定されるＮ２Ｏの量であってもよい。そして、Ｎ２Ｏ流出量推定手段によって推定されたＮ２Ｏ流出量Ｑｎ２ｏが所定流出量Ｑｎ２ｏａ以上であると、排気浄化触媒２３の排気下流に流出するＮ２Ｏの量を少なく抑えるためのＮ２Ｏ流出抑制処理がＮ２Ｏ流出抑制手段によって実行される。
【００３０】
次に、本発明の第一実施形態の排気浄化装置についてより詳細に説明する。本発明の第一実施形態では、排気浄化触媒上流側の排気通路、燃焼室５および吸気通路に供給された空気と燃料との比率を排気ガスの空燃比と称する（あるいは排気空燃比と称す）と、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のＮＯｘを保持し、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比（ストイキ）またはリッチのとき、より詳細には流入する排気ガス中の酸素濃度が低いときには保持しているＮＯｘを離脱させるＮＯｘ触媒２３が排気浄化触媒として用いられる。また、ＮＯｘ触媒２３からＮＯｘが離脱せしめられたときに排気ガス中に燃料等の還元剤が存在する場合にはＮＯｘ触媒２３から離脱せしめられたＮＯｘが還元せしめられる。
【００３１】
このようなＮＯｘ触媒２３では、流入する排気ガス中のＮＯｘを無限に保持することができるわけではなく、したがってＮＯｘ触媒２３にＮＯｘが一定保持量以上保持された場合には、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気空燃比（以下、「流入排気空燃比」と称す）をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯｘ触媒２３が保持しているＮＯｘを離脱させるＮＯｘ離脱処理を実行するＮＯｘ離脱手段によって強制的にＮＯｘ触媒２３からＮＯｘを離脱させる。特に、本実施形態のように、ディーゼル式内燃機関では機関本体から排出される排気空燃比（以下、「機関排気空燃比」と称す）がリーンであることが多く、よってＮＯｘ離脱処理を行った場合にのみＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになることが多い。したがって、ＮＯｘ離脱処理を実行していないときにはＮＯｘ触媒に流入する排気ガス中のＮＯｘはほとんどＮＯｘ触媒に保持されるため、ＮＯｘ触媒からＮ２Ｏが流出することはほとんどない。一方、ＮＯｘ離脱処理を実行しているときにはＮＯｘ触媒からＮＯｘが離脱せしめられ且つそのＮＯｘが還元される。したがって、本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ２Ｏが発生してＮＯｘ触媒２３の排気下流に流出するのは基本的にＮＯｘ離脱処理を行う場合のみである。
【００３２】
そこで、本発明の第一実施形態の排気浄化装置では、ＮＯｘ離脱処理を実行すべきときであっても、ＮＯｘ離脱処理を行うとＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量が所定流出量を超えてしまうとＮ２Ｏ流出量推定手段によって推定された場合には、ＮＯｘ離脱処理を実行してもＮＯｘ触媒２３からＮ２Ｏがほとんど流出しないようになるまでＮＯｘ離脱処理の実行を禁止する。あるいは、上記場合には、ＮＯｘ離脱処理を行う前にＮ２Ｏ流出抑制手段を作動させて、ＮＯｘ離脱処理を実行してもＮＯｘ触媒２３からＮ２Ｏがほとんど流出しないようにしてからＮＯｘ離脱処理を実行する。こうすることによって、ＮＯｘ離脱処理を行っている期間中にＮＯｘ触媒２３からＮ２Ｏが流出してしまうことが防止され、よって全ての期間に亘ってＮＯｘ触媒２３からＮ２Ｏが流出することが防止される。
【００３３】
ところで、上述したようなＮＯｘ触媒では、ＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量が例えばＮＯｘ触媒の温度に依存して変化する。より詳細には、図２に示したようにＮＯｘ触媒の温度が上昇するとＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量が減少し、ＮＯｘ触媒の温度が低下するとＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量が増加する。
【００３４】
そこで、本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ２Ｏ流出量推定手段として温度センサ２５を用い、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔを検出する。一方、図２に示したようにＮＯｘ離脱処理を実行したときにＮ２Ｏ流出量が所定流出量となるようなＮＯｘ触媒２３の温度を所定温度Ｔａとして求める。この場合、温度センサ２５によって検出されたＮＯｘ触媒２３の温度が所定温度Ｔａよりも高い場合には、Ｎ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａよりも少ないことを示しており、一方、検出されたＮＯｘ触媒２３の温度が所定温度Ｔａ以下である場合には、Ｎ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａ以上であることを示している。したがって、ＮＯｘ離脱処理を実行する前において温度センサ２５によって検出されたＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔａ以下である場合、ＮＯｘ触媒２３の温度が所定温度Ｔａよりも高くなるまでＮＯｘ離脱処理を実行しない。あるいは上記場合には、Ｎ２Ｏ流出抑制手段がＮ２Ｏ流出抑制処理を実行してＮＯｘ触媒２３の温度を少なくとも所定温度Ｔａにまで上昇させてから、好ましくは所定温度Ｔａよりも高い温度Ｔｂにまで上昇させてからＮＯｘ離脱処理を実行する。
【００３５】
したがって、本実施形態のＮ２Ｏ流出抑制制御では、ＮＯｘ触媒２３からＮＯｘを離脱させるべき場合、例えばＮＯｘ触媒２３に保持されているＮＯｘの量であるＮＯｘ保持量が上記一定保持量以上になった場合に、まず温度センサ２５によってＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが検出される。検出されたＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが上記所定温度Ｔａ以上の場合には、ＮＯｘ離脱処理が行われる。一方、検出されたＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔａよりも低い場合には、ＮＯｘ触媒２３を昇温するための昇温制御が実行せしめられてＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが少なくとも所定温度Ｔａ以上にまで上昇せしめられ、その後、ＮＯｘ触媒２３に対するＮＯｘ離脱処理が行われる。
【００３６】
なお、上記所定温度Ｔａは予め定められた値であってもよいし、後述するような他のファクタ（例えば、還元剤の種類、ＮＯｘ保持量、硫黄成分保持量、酸素濃度、ＮＯｘ触媒の劣化度合等）に応じて変化する値であってもよい。
また、一般に、ＮＯｘ離脱処理はＮＯｘ触媒の温度が比較的低温であっても行われる。ところが、通常、上記所定温度ＴａはＮＯｘ離脱処理を実行可能な温度（すなわちＮＯｘ触媒への流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチすればＮＯｘ触媒に保持されているＮＯｘが離脱される温度）のうち最も低い温度よりも高く設定されるので、ＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘ離脱処理を実行可能な温度のうち最も低い温度にまで低下しているときにＮＯｘ離脱処理を実行すると、ＮＯｘ触媒からＮ２Ｏが多く流出してしまう。したがって、本発明では、ＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘ離脱処理を実行可能な温度範囲内にあっても、その温度がＮＯｘ触媒の温度Ｔａよりも低い場合にはＮＯｘ離脱処理が実行されない。
【００３７】
また、ＮＯｘ触媒２３の昇温処理の方法としては、例えば、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するタイミングを遅らせたり、内燃機関の燃焼室５に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射したり、ＮＯｘ触媒２３上流に電気ヒータやグロープラグ（図示せず）を設け、これら電気ヒータまたはグロープラグを作動させたり、ＮＯｘ触媒２３上流において排気ガスに燃料や還元剤を添加するための還元剤添加装置（図１１の参照番号３２参照）を設け、この還元剤添加装置から排気ガスに燃料や還元剤を添加したりする（以下、「還元剤添加制御」と称す）ことによって、ＮＯｘ触媒２３を昇温させる方法が挙げられる。また、燃焼室５内に燃料を点火するための点火栓が設けられている場合には、この点火栓による燃料の点火タイミングを遅らせることによっても、排気ガスの温度を上昇させることができる。
【００３８】
また、ＮＯｘ離脱処理を行う方法としては、スロットル弁１７の開度を小さく変更すると共に内燃機関の燃焼室５に流入する吸気ガスの空燃比をリッチにする（以下、「吸気絞り制御」と称す）ことだけでなく、内燃機関の燃焼室５に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射し、その燃料を燃焼させずにそのまま燃焼室５から排出させたり（以下、「ポスト噴射制御」と称す）、上述した還元剤添加装置から排気ガスに燃料や還元剤を添加したりして、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中に燃料や還元剤を供給して、排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすることが挙げられる。
【００３９】
次に、図３を参照して本発明の第一実施形態の排気浄化装置におけるＮ２Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンについて説明する。まず、ステップ１２１において、ＮＯｘ離脱処理を実行すべきときであるか否かが判定される。ＮＯｘ離脱処理を実行すべきときではないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１２１において、ＮＯｘ離脱処理を実行すべきときであると判定された場合には、ステップ１２２へと進む。ステップ１２２では温度センサ２５からＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが検出される。次いで、ステップ１２３においてＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔａ以下であるか否かが判定される。ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔａよりも高いと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１２３において、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔａ以下であると判定された場合にはステップ１２４へと進む。ステップ１２４では、ＮＯｘ触媒２３の昇温制御が実行せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００４０】
次に、本発明の第一実施形態の変更例について説明する。第一実施形態の変更例では、ＮＯｘ触媒２３の昇温処理およびＮＯｘ離脱処理を、機関本体１とＮＯｘ触媒２３との間の排気通路に設けた燃料添加装置によって行う。
【００４１】
上述したようにＮＯｘ離脱処理を実行すべきとき、すなわちＮＯｘ触媒２３に保持されているＮＯｘ保持量が一定保持量以上になったときには、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔａ以上の場合には直ぐにＮＯｘ離脱処理が実行され、ＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなるように燃料添加装置から排気ガスに燃料が添加される。一方、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔａよりも低い場合には、まずＮＯｘ触媒２３の昇温処理が実行されてから、ＮＯｘ離脱処理が実行される。ここで、昇温処理を実行するときにも燃料添加装置から排気ガスに燃料が添加されるが、このときＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がリーンのままとなるように添加される。
【００４２】
この様子を図４に示した。図４はＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比（上）と、ＮＯｘ触媒２３の温度（下）とのタイムチャートである。まず、時間ａにおいて、例えばＮＯｘ触媒２３に保持されているＮＯｘ保持量が一定保持量以上になったことが検出されて、ＮＯｘ離脱処理を実行すべきときであることが判定される。このときＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔは上記所定温度Ｔａよりも低い。このため、ＮＯｘ離脱処理を実行する前に昇温処理が実行される。昇温処理の実行中には、ＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとならない程度に低下せしめられ、これに伴ってＮＯｘ触媒２３の温度が上昇する。そして、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが上記所定温度Ｔａ以上となったときに、ＮＯｘ離脱処理が実行され、ＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がリッチとなるように低下せしめられる。その後、ＮＯｘ触媒に保持されているＮＯｘがほぼ完全に離脱されるとＮＯｘ離脱処理が停止され、すなわち燃料添加装置からの燃料の添加が停止せしめられ、これと同時にＮＯｘ触媒２３の温度も下がって元に戻る。
【００４３】
なお、上記第一実施形態の変更例では、ＮＯｘ触媒２３の昇温処理およびＮＯｘ離脱処理を燃料添加装置からの燃料添加によって行うとしているが、上記ポスト噴射制御や吸気絞り制御等により機関排気空燃比を変更する等、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中への燃料や還元剤の供給量を変更できる方法であれば他の方法によって上記昇温処理およびＮＯｘ離脱処理を行ってもよい。
【００４４】
次に、本発明の第二実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第二実施形態における構成は、基本的に第一実施形態における構成と同様である。また、第二実施形態では、ＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯｘ触媒２３が保持しているＮＯｘを離脱させるＮＯｘ離脱手段はＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中に還元剤を含有させる還元剤混入手段であり、この還元剤混入手段により様々な還元剤を排気ガス中に混入させてＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすることができる。
【００４５】
ところで、上述したようなＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量は、ＮＯｘ離脱処理を行うときにＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中の還元剤の種類によって異なる。このことを図５に示す。図５は図２と同様に横軸がＮＯｘ触媒２３の温度、縦軸がＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量を示す。
【００４６】
図５から分かるように、還元剤として炭化水素を用いた場合、すなわち還元剤として燃料を用いた場合は、還元剤として一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ２）を用いた場合と比べてＮ２Ｏ流出量が基本的に多く、また、還元剤として一酸化炭素を用いた場合は、還元剤として水素を用いた場合と比べてＮ２Ｏ流出量が基本的に多い。また、図２を用いて説明したようにどの還元剤を用いてもＮＯｘ触媒２３の温度の低下に伴ってＮ２Ｏ流出量が増大し、ＮＯｘ触媒２３の温度が低下すればするほど、各還元剤を用いた場合のＮ２Ｏ流出量の差が大きくなる。
【００４７】
そこで、本発明の第二実施形態の排気浄化装置では、Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、排気ガスに含有させる還元剤としてＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量Ｑｎ２ｏが上記所定流出量Ｑｎ２ｏａよりも少なくなるような還元剤を還元剤混入手段に選択させる。例えば、ＮＯｘ離脱処理を行うのに還元剤混入手段によって排気ガス中に炭化水素が混入される場合、ＮＯｘ触媒２３の温度が図５の第一の温度Ｔ１以下になると、ＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量Ｑｎ２ｏが所定流出量Ｑｎ２ｏａを超えてしまう。これに対して、ＮＯｘ離脱処理を行うのに還元剤混入手段によって排気ガス中に一酸化炭素を混入させる場合、ＮＯｘ触媒２３の温度が図５の第一の温度Ｔ１以下になっても、ＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量Ｑｎ２ｏは所定流出量Ｑｎ２ｏａよりも少なく、さらに、ＮＯｘ触媒２３の温度が図５の第二の温度Ｔ２以下になるまでＮＯｘ触媒２３から流出するＮ２Ｏ流出量は所定流出量よりも少ないままである。
【００４８】
したがって、第二実施形態の排気浄化装置では、ＮＯｘ離脱処理を行うときに、温度センサ２５によって検出されたＮＯｘ触媒２３の温度が第一の温度Ｔ１よりも高いときには、還元剤混入手段は還元剤として炭化水素および一酸化炭素のいずれかを排気ガスに混入させ、ＮＯｘ触媒２３の温度が第一の温度Ｔ１よりも低く第二の温度Ｔ２よりも高いときには、還元剤混入手段は還元剤として一酸化炭素を排気ガスに混入させる。さらに、ＮＯｘ離脱処理を行うときに、ＮＯｘ触媒２３の温度が第二の温度Ｔ２以下である場合、ＮＯｘ触媒２３の温度が第二の温度Ｔ２以下であってもＮ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａ以下に維持される水素を還元剤として用いてもよい。ＮＯｘ離脱処理を行うときに用いる還元剤をこのようにして選択することによって、ＮＯｘ触媒２３から排気下流へ流出するＮ２Ｏ流出量が所定値Ｑｎ２ｏａ以下に抑えられる。
【００４９】
なお、還元剤混入手段がＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中に還元剤を混入させる方法としては、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中に各還元剤を添加するための還元剤添加装置（図示せず）を設けることが挙げられる。さらに、内燃機関に流入する吸気ガスの空燃比を単純にリッチにしたり、内燃機関の燃焼室に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射したりすることによって排気ガス中に炭化水素を混入させることができる。また、内燃機関の燃焼室にＥＧＲガスを充填して燃焼室内のガスを低温で燃焼させると排気ガス中の一酸化炭素の量が増大するので、このことによって排気ガス中に一酸化炭素を混入させることができる。
【００５０】
ここで、還元剤混入手段がＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中に炭化水素を混入させることは、排気空燃比をリッチにすればよいので、還元剤添加装置を用いなくても容易に実行することができる。また、還元剤混入手段がＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中に一酸化炭素を混入させることは、還元剤添加装置を用いなくても低温燃焼によって実行することができる。これに対して、還元剤混入手段がＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中に水素を混入させることは、還元剤添加装置を用いないと実行するのが難しい。そこで、以下では、還元剤混入手段が、還元剤添加装置を用いない場合、すなわち炭化水素および一酸化炭素のみを排気ガス中に混入させることができる場合について説明する。
【００５１】
次に、図６を参照して第二実施形態の排気浄化装置におけるＮ２Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンについて説明する。ステップ１４１においてＮＯｘ触媒２３に対するＮＯｘ離脱処理を実行すべきときであるか否かが判定される。ＮＯｘ離脱処理を実行すべきときではないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。ＮＯｘ離脱処理を実行すべきときであると判定された場合にはステップ１４２へと進む。ステップ１４２では、温度センサ２５によってＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが検出される。次いで、ステップ１４３では、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが第一の温度Ｔ１より高いか否かが判定される。温度Ｔｃａｔが第一の温度Ｔ１よりも高いと判定された場合にはステップ１４４へと進む。ステップ１４４では、還元剤として炭化水素を用いてＮＯｘ離脱処理が行われ、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１４３において、温度Ｔｃａｔが第一の温度Ｔ１以下であると判定された場合にはステップ１４５へと進む。ステップ１４５では、温度Ｔｃａｔが第二の温度Ｔ２よりも高いか否かが判定され、温度Ｔｃａｔが第二の温度Ｔ２よりも高いと判定された場合にはステップ１４６へと進む。ステップ１４６では、還元剤として一酸化炭素を用いてＮＯｘ離脱処理が行われ、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１４５において、温度Ｔｃａｔが第二の温度Ｔ２以下であると判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００５２】
なお、上述した第二実施形態では、炭化水素、一酸化炭素、水素の三つの還元剤について説明したが、排気ガス中の酸素濃度を低下させることができ且つＮＯｘ触媒から離脱したＮＯｘを還元することができれば一般に還元剤として用いられる如何なる物質を還元剤混入手段によって混入される還元剤として用いてもよい。
【００５３】
次に本発明の第三実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第三実施形態における構成は、基本的に第一実施形態および第二実施形態における構成と同様である。ところで、ＮＯｘ触媒２３に対するＮＯｘ離脱処理を実行したときのＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量は、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度によって変化し、より詳細には図７に示したようにＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度が高くなるとＮ２Ｏ流出量が多くなり、逆に、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度が低くなるとＮ２Ｏ流出量が少なくなる。
【００５４】
ここで、酸素濃度とＮ２Ｏ流出量とが上述したような関係になる理由について簡単に説明する。なお、ここではＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がリッチである場合について説明する。
ＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がリッチであっても、排気ガス中にはＮＯｘ（例えば一酸化窒素（ＮＯ））が含まれる。このＮＯは以下の反応式（１）により窒素（Ｎ）と酸素（Ｏ）とに解離する。
ＮＯ→Ｎ＋Ｏ （１）
このようにして解離したＯは、ＮＯｘ触媒２３に保持され、同じく排気ガス中に含まれる還元剤（例えばＣＯ）と反応する（反応式（２））。一方、上述したように解離したＮは、互いに反応して窒素分子（Ｎ２）を形成する（反応式（３））。
Ｏ＋ＣＯ→ＣＯ２ （２）
Ｎ＋Ｎ→Ｎ２ （３）
ところが、上記反応式（１）の反応が遅く、ＮＯの解離が進まない場合には下記の反応式（４）によりＮとＮＯとがＮ２Ｏを形成する。
Ｎ＋ＮＯ→Ｎ２Ｏ （４）
したがって、Ｎ２Ｏの生成を抑制するためには上記（１）の反応を促進させて、上記（４）の反応を起こさせないようにする必要がある。ここで、上記（１）の反応を促進させるためには、化学的な平衡の関係から排気ガス中の酸素濃度が低いことが要求される。このように、排気ガスの酸素濃度が低いと上記反応式（１）の反応が促進されて、結果的にＮ２Ｏが生成されにくくなり、逆に、排気ガスの酸素濃度が高いと上記（１）の反応が進まず、結果的にＮ２Ｏが生成されやすくなってしまう。
【００５５】
そこで、本発明の第三実施形態の排気浄化装置では、上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段は、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度に基づいてＮＯｘ触媒２３の排気下流に流出するＮ２Ｏ量を推定する。より詳細には、Ｎ２Ｏ流出量推定手段として酸素濃度推定手段が設けられ、この酸素濃度推定手段によって、ＮＯｘ離脱処理を実行する前に、ＮＯｘ離脱処理を実行した場合にＮＯｘ触媒２３に流入すると予想される排気ガス中の酸素濃度Ｃｏを推定する。一方、図７に示したようにＮ２Ｏ流出量が所定流出量となるような酸素濃度を所定酸素濃度Ｃｏａとして算出する。
【００５６】
この場合、酸素濃度検出手段によって推定された酸素濃度が所定酸素濃度Ｃｏａよりも低い場合には、Ｎ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａよりも少ないことを示しており、一方、検出された酸素濃度が所定酸素濃度Ｃｏａ以上である場合には、Ｎ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａ以上であることを示している。したがって、酸素濃度推定手段によって推定された酸素濃度が所定酸素濃度Ｃｏａ以上であった場合には、Ｎ２Ｏ流出抑制手段によりＮ２Ｏ流出抑制処理を実行する。
【００５７】
本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ２Ｏ流出抑制手段はＮ２Ｏ流出量が所定流出量よりも多くなった場合、すなわちＮＯｘ離脱処理を実行したときにＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度が所定酸素濃度以上になっている場合には、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させるための酸素濃度低下手段によって上記排気ガス中の酸素濃度を低下させるか、あるいはほぼ零に抑える。このように、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度を常に所定酸素濃度以下に抑制することによって、Ｎ２Ｏ流出量を所定流出量以下に抑えることができる。
【００５８】
なお、所定酸素濃度は予め定められた値であってもよいし、あるいは、所定酸素濃度と所定流出量Ｑｎ２ｏａおよび他のファクタ（ＮＯｘ触媒２３の温度、還元剤の種類、ＮＯｘ保持量、硫黄成分保持量、ＮＯｘ触媒の劣化度合等）との関係を予めマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存し、これら所定流出量Ｑｎ２ｏａおよび他のファクタから所定酸素濃度を算出してもよい。
【００５９】
また、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させるための酸素濃度低下手段としては、内燃機関の燃焼室５にＥＧＲガスを充填して燃焼室内のガスを低温で燃焼させることが挙げられる。排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなるように燃料を燃焼室５に供給して上述したように燃焼室５内のガスを低温で燃焼させることによって、燃焼室５内のほとんどの酸素が燃焼に使われ、排気ガス中の酸素が少なく抑えられる。
【００６０】
次に、本発明の第四実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第四実施形態における構成は、基本的に第一〜第三実施形態における構成と同様である。ところで、上述したようなＮＯｘ触媒２３から流出するＮ２Ｏ流出量はＮＯｘ触媒２３に保持されているＮＯｘの量であるＮＯｘ保持量に応じて変化し、より詳細には図８に示したようにＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量が多くなるとＮ２Ｏ流出量が多くなり、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量が少なくなるとＮ２Ｏ流出量が少なくなる。
【００６１】
そこで、本発明の第四実施形態の排気浄化装置では、上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段が、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量に基づいてＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量Ｑｎｏｘを推定する。より詳細には、Ｎ２Ｏ流出量推定手段としてＮＯｘ保持量推定手段が設けられ、このＮＯｘ保持量推定手段によってＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量を推定し、図８に示したようにＮ２Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑｎ２ｏａよりも僅かに少ない下位流出量Ｑｎ２ｏｂとなるようなＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量を所定ＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘａとして検出する。
【００６２】
この場合、ＮＯｘ保持量推定手段によって推定されたＮＯｘ保持量が所定ＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘａよりも少ない場合には、Ｎ２Ｏ流出量が下位流出量Ｑｎ２ｏｂよりも少ないことを示しており、一方、推定されたＮＯｘ保持量が所定ＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘａ以上である場合には、Ｎ２Ｏ流出量が下位流出量Ｑｎ２ｏｂ以上であることを示している。したがって、ＮＯｘ保持量推定手段によって推定されたＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘが所定ＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘａ以上になった場合には、Ｎ２Ｏ流出抑制手段によりＮ２Ｏ流出抑制処理を実行する。
【００６３】
本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、Ｎ２Ｏ流出量が下位流出量以上になった場合、すなわちＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量が所定ＮＯｘ保持量以上になった場合にＮＯｘ離脱処理を行って、ＮＯｘ触媒２３に保持されているＮＯｘを離脱させる。このように、Ｎ２Ｏ流出量が下位流出量Ｑｎ２ｏｂ以上である場合にＮＯｘ離脱処理を実行することにより、Ｎ２Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑｎ２ｏａになる前にＮＯｘ離脱処理が実行され、よってＮ２Ｏ流出量を常に上記所定流出量以下に維持することができる。
【００６４】
なお、所定ＮＯｘ保持量は予め設定された値であってもよいし、所定ＮＯｘ保持量と所定流出量および他のファクタ（ＮＯｘ触媒２３の温度、還元剤の種類、硫黄成分保持量、酸素濃度、ＮＯｘ触媒の劣化度合等）との関係を予めマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存し、これら所定流出量および他のファクタから所定ＮＯｘ保持量を算出してもよい。
【００６５】
また、ＮＯｘ触媒を備えた従来の排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持量が限界ＮＯｘ保持量（一定保持量）以上になると流入する排気ガス中のＮＯｘを保持しにくくなってしまうため、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持量が限界ＮＯｘ保持量以上になるとＮＯｘ離脱処理を行ってＮＯｘ触媒に保持されているＮＯｘを離脱させていた。これに対して、本発明の排気浄化装置では、上述した所定ＮＯｘ保持量が限界ＮＯｘ保持量よりも少ないため、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量が限界ＮＯｘ保持量に到達する前にＮＯｘ触媒２３が保持しているＮＯｘを離脱させている。すなわち、本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ２Ｏ流出量を監視していない従来の排気浄化触媒とはＮＯｘ離脱処理の実行タイミングが異なり、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量の観点から見てＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ浄化能力が低下する前に、ＮＯｘ保持剤が保持しているＮＯｘが離脱せしめられる。
【００６６】
また、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量を推定する方法としては、例えば、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中のＮＯｘ量を検出するためのＮＯｘセンサ（図示せず）を設け、このＮＯｘセンサによって検出されたＮＯｘ量を時間で積分することが挙げられる。
【００６７】
次に本発明の第五実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第五実施形態における構成は、基本的に第一〜第四実施形態における構成と同様である。ところで、上述したようなＮＯｘ触媒２３は、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中のＮＯｘだけでなく硫黄成分をも保持し、より詳細にはＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がリーンである場合には流入する排気ガス中に含まれる硫黄成分を保持し、ＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであってＮＯｘ触媒２３の温度が硫黄成分離脱温度以上である場合には保持している硫黄成分を離脱させる。このようなＮＯｘ触媒２３では、ＮＯｘ触媒２３から流出するＮ２Ｏ流出量はＮＯｘ触媒２３に保持されている硫黄成分の量である硫黄成分保持量に応じて変化し、より詳細には図９に示したようにＮＯｘ触媒２３の硫黄成分保持量が多くなるとＮ２Ｏ流出量が多くなり、ＮＯｘ触媒２３の硫黄成分保持量が少なくなるとＮ２Ｏ流出量が少なくなる。
【００６８】
そこで、本発明の第五実施形態の排気浄化装置では、上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段が、ＮＯｘ触媒２３の硫黄成分保持量に基づいてＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量を推定する。より詳細には、Ｎ２Ｏ流出量推定手段として硫黄成分保持量推定手段が設けられ、この硫黄成分保持量推定手段によってＮＯｘ触媒２３の硫黄成分保持量Ｑｓを推定し、一方、図９に示したように、Ｎ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａよりも僅かに少ない下位流出量Ｑｎ２ｏｃとなるようなＮＯｘ触媒２３の硫黄成分保持量を所定硫黄成分保持量Ｑｓａとして算出する。
【００６９】
この場合、硫黄成分保持量推定手段によって推定された硫黄成分保持量Ｑｓが所定硫黄成分保持量Ｑｓａよりも少ない場合には、Ｎ２Ｏ流出量が下位流出量Ｑｎ２ｏｃよりも少ないことを示しており、一方、推定された硫黄成分保持量が所定硫黄成分保持量以上の場合には、Ｎ２Ｏ流出量が下位流出量Ｑｎ２ｏｃよりも多いことを示している。したがって、硫黄成分保持量推定手段によって推定された硫黄成分保持量Ｑｓが所定硫黄成分保持量Ｑｓａ以上になった場合には、Ｎ２Ｏ流出抑制手段によりＮ２Ｏ流出抑制処理を実行する。
【００７０】
本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ２Ｏ流出抑制手段はＮ２Ｏ流出量が下位流出量よりも多くなった場合、すなわちＮＯｘ触媒２３の硫黄成分保持量が所定硫黄成分保持量以上になった場合にＮＯｘ触媒２３の硫黄成分離脱処理を行って、ＮＯｘ触媒２３に保持されている硫黄成分を離脱させる。このように、Ｎ２Ｏ流出量が下位流出量Ｑｎ２ｏｃ以上である場合に硫黄成分離脱処理を実行することにより、Ｎ２Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑｎ２ｏａになる前に硫黄成分離脱処理が実行され、よってＮ２Ｏ流出量を上記所定流出量以下に抑えることができる。
【００７１】
なお、所定硫黄成分保持量は予め定められた値であってもよいし、所定硫黄成分保持量と所定流出量および他のファクタ（ＮＯｘ触媒２３の温度、還元剤の種類、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量、ＮＯｘ触媒の劣化度合等）との関係を予めマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存し、これら所定流出量および他のファクタから所定硫黄成分保持量を算出してもよい。
【００７２】
また、ＮＯｘ触媒を備えた従来の排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒の硫黄成分保持量が限界硫黄成分保持量以上になると流入する排気ガス中のＮＯｘを保持することが可能なＮＯｘ量が少なくなってしまうため、ＮＯｘ触媒の硫黄成分保持量が限界硫黄成分保持量以上になると硫黄成分離脱処理を行ってＮＯｘ触媒に保持されている硫黄成分を離脱させていた。これに対して、本発明の排気浄化装置では、上述した所定硫黄成分保持量が限界硫黄成分保持量よりも少ないため、ＮＯｘ触媒２３の硫黄成分保持量が限界硫黄成分保持量に到達する前にＮＯｘ触媒２３が保持している硫黄成分を離脱させている。すなわち、本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ２Ｏ流出量を監視していない従来の排気浄化触媒とは硫黄成分離脱処理の実行タイミングが異なり、ＮＯｘ触媒２３の硫黄成分保持量の観点から見てＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ浄化能力が低下する前に、ＮＯｘ保持剤が保持している硫黄成分が離脱せしめられる。
【００７３】
また、ＮＯｘ触媒２３に保持されている硫黄成分を離脱させるための硫黄成分離脱処理は、ＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすると共に、上述したような昇温処理によってＮＯｘ触媒２３の温度を硫黄成分離脱温度以上にまで上昇させることによって行われる。
【００７４】
次に、本発明の第六実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第六実施形態における構成は、基本的に第一〜第五実施形態における構成と同様である。ところで、上述したようなＮＯｘ触媒２３は、経時的に、またはその温度が極端に高温になること等により劣化する。ここで、ＮＯｘ触媒２３の劣化とは、ＮＯｘ触媒２３に担持されている白金等の触媒の活性が低下することであって、ＮＯｘ触媒２３に保持されているＮＯｘ、硫黄成分および微粒子（パティキュレート）等によらないもの、すなわちＮＯｘ離脱処理、硫黄成分離脱処理および排気浄化触媒としてパティキュレートフィルタが用いられている場合において行われる微粒子を酸化・除去するフィルタ再生処理を行っても回復しない排気浄化触媒の浄化能力の低下意味し、特に、熱による白金等の触媒の酸化能力低下を意味する。
【００７５】
ＮＯｘ触媒２３では、ＮＯｘ触媒２３がまだほとんど使用されておらず、その劣化度合が低いときには、ＮＯｘ離脱処理が行われてもＮ２Ｏ流出量は少なく、その後、ＮＯｘ触媒２３の使用時間が延びるにつれて、その劣化度合が高くなり、ＮＯｘ離脱処理が行われるとＮ２Ｏ流出量が多くなる。これは、ＮＯｘ触媒２３の劣化度合が高いと、上述した反応式（２）の反応（Ｏ＋ＣＯ→ＣＯ２）が進まなくなり、結果的に酸素濃度が高い場合と同様に、反応式（４）の反応（Ｎ＋ＮＯ→Ｎ２Ｏ）が進んでしまうことによる。
【００７６】
そこで、本発明の第六実施形態の排気浄化装置では、上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段が、ＮＯｘ触媒２３の劣化度合に基づいてＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量を推定する。より詳細には、Ｎ２Ｏ流出量推定手段として排気浄化触媒の劣化度合を推定する劣化度合推定手段を設ける。劣化度合推定手段は、例えば本実施形態では、ＮＯｘ触媒が新品状態で車両に搭載されてからの総運転距離、総運転時間またはＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上の高温になった総時間等に基づいて排気浄化触媒の劣化度合を推定し、特に、これら距離および時間が短い場合にはＮＯｘ触媒の劣化度合が低いとされ、これら距離および時間が長くなるにつれてＮＯｘ触媒の劣化度合が高くなるとしてＮＯｘ触媒の劣化度合を推定する。
【００７７】
例えば、劣化度合を総運転時間から推定している場合、総運転時間ｔｄとＮ２Ｏ流出量Ｑｎ２ｏとの関係を予め求めてマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存しておき、Ｎ２Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑｎ２ｏａとなるような総運転時間を所定運転時間ｔｄａとして算出する。
【００７８】
この場合、総運転時間が所定運転時間ｔｄａよりも短い場合には、Ｎ２Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑｎ２ｏａよりも少ないことを示しており、一方、総運転時間が所定運転時間ｔｄａ以上である場合にはＮ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａ以上であることを示している。したがって、ＮＯｘ離脱処理を実行する際に、総運転時間が所定運転時間ｔｄａ以上である場合には、Ｎ２Ｏ流出抑制手段によりＮ２Ｏ流出抑制処理を実行する。ここで、ＮＯｘ触媒の劣化は回復できないものであるので、Ｎ２Ｏ流出抑制処理としてＮＯｘ触媒の劣化を回復させることはできない。したがって、本実施形態ではＮ２Ｏ流出抑制処理として上述した第一〜第五実施形態におけるＮ２Ｏ流出抑制処理が行われ、例えば、ＮＯｘ離脱処理を実行する際にＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘ触媒の劣化を考慮して設定された所定温度以上になってからＮＯｘ離脱処理が行われたり、ＮＯｘ離脱処理を実行する際にＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの酸素濃度がＮＯｘ触媒の劣化を考慮して設定された所定酸素濃度以上としてＮＯｘ離脱処理が行われたりする。なお、所定運転時間ｔｄａは、他のファクタ（ＮＯｘ触媒２３の温度、流入排気ガスの酸素濃度、ＮＯｘ保持量、硫黄成分保持量等）に基づいて算出され、例えば、ＮＯｘ触媒２３の温度が高い場合には所定運転時間ｔｄａも長く設定される。
【００７９】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒の劣化度合を推定することができる。このような例を、第六実施形態の変更例として以下に説明する。第六実施形態の変更例の構成は第六実施形態の構成と同様であるが、変更例ではＮＯｘ触媒の排気上流側において、ＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量を検出するためのＮ２Ｏ流出量検出装置（Ｎ２Ｏセンサ（図示せず））が設けられている。
【００８０】
ところで、ＮＯｘ触媒２３の劣化を考慮せずにＮＯｘ触媒２３から流出する排気ガス中のＮ２Ｏ流出量を推定した場合、すなわち上述したＮＯｘ触媒２３の温度、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量および硫黄成分保持量等からＮ２Ｏ流出量を推定した場合、推定されたＮ２Ｏ流出量は、ＮＯｘ触媒２３の劣化度合が低いときにはＮ２Ｏセンサによって検出されたＮ２Ｏ流出量にほぼ等しいが、ＮＯｘ触媒２３の劣化度合が高いときにはＮ２Ｏセンサによって検出されたＮ２Ｏ流出量よりも多くなる。そして、推定されたＮ２Ｏ流出量と検出されたＮ２Ｏ流出量との差（以下、単に「Ｎ２Ｏ流出量の差」と称す）が大きくなるほど、ＮＯｘ触媒２３の劣化度合が大きい。したがって、上記Ｎ２Ｏ流出量の差からＮＯｘ触媒２３の劣化度合を推定することができる。
【００８１】
ＮＯｘ触媒２３の劣化度合が変わると、上述したようにＮＯｘ触媒２３から流出するＮ２Ｏ流出量が変わる。すなわち、ＮＯｘ触媒２３の温度を例にすると、ＮＯｘ触媒２３の劣化度合が高い程、ＮＯｘ離脱処理を実行したときにＮ２Ｏ流出量が所定流出量以下となる温度が高くなる。
【００８２】
そこで、第六実施形態の変更例では、例えば第一実施形態において設定される所定温度ＴａをＮＯｘ触媒２３の劣化度合に応じて変更する。上述したように、上記所定温度Ｔａは、例えばＮＯｘ触媒２３に流入する酸素濃度、還元剤の種類、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量および硫黄成分保持量等に応じて決定される。さらに、本変更例では、このようにして決定された所定温度ＴａをＮＯｘ触媒２３の劣化度合に応じて変更する。
【００８３】
より詳細には、上記Ｎ２Ｏ流出量の差と補正温度ΔＴａとの関係を予め求め、マップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存する。ここで、Ｎ２Ｏ流出量の差と補正温度ΔＴａとの関係は、Ｎ２Ｏ流出量の差が小さいときには補正温度ΔＴａも小さく、Ｎ２Ｏ流出量の差が大きくなると補正温度ΔＴａも大きくなるような関係である。使用時には、Ｎ２Ｏ流出量の差に基づいて上記マップから補正温度ΔＴａを算出し、この補正温度ΔＴａをＮＯｘ触媒２３の劣化度合以外のファクタに基づいて決定された所定温度Ｔａに加算する。そして、実際の触媒温度Ｔｃａｔが温度（Ｔａ＋ΔＴａ）より高い場合にはＮＯｘ離脱処理を実行し、実際の触媒温度Ｔｃａｔが温度（Ｔａ＋ΔＴａ）以下である場合には触媒温度Ｔｃａｔを温度（Ｔａ＋ΔＴａ）に昇温してからＮＯｘ離脱処理を実行する。
【００８４】
なお、上記第六実施形態の変更例では、劣化度合（すなわちＮ２Ｏ流出量の差）に応じて補正温度を変更しているが、例えば、Ｎ２Ｏ流出量の差が所定差以上となったときに補正温度を１０℃程度上げる等、劣化度合を用いて他の方法で補正温度を変更してもよい。
【００８５】
また、上記第六実施形態の変更例では、ＮＯｘ触媒の劣化度合に基づいてＮＯｘ離脱処理時のＮＯｘ触媒の温度を変更するようにしているが、ＮＯｘ触媒の劣化度合に基づいて硫黄成分離脱処理時のＮＯｘ触媒の温度を変更する等、上述したようにして検出されたＮＯｘ触媒の劣化度合を他の用途に用いてもよい。
【００８６】
ところで、上述したように、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持量や硫黄成分保持量が多くなっているときには、ＮＯｘ触媒の劣化度合が高くなっているときと同様にＮ２Ｏ流出量が増大する。このため、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量および硫黄成分保持量を考慮せずにＮ２Ｏ流出量を推定している場合、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持量や硫黄成分保持量が多くなっているときには、ＮＯｘ触媒の劣化度合が低いにも関わらず、Ｎ２Ｏ流出量が多くなってしまい、上記Ｎ２Ｏ流出量の差が大きくなり、結果的にＮＯｘ触媒の劣化度合が高くなっていると推定されてしまう。
【００８７】
この場合、ＮＯｘ離脱処理または硫黄成分離脱処理を実行した後にＮ２ＯセンサによってＮ２Ｏ流出量を検出すれば、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持量や硫黄成分保持量が多いことによってＮＯｘ触媒の劣化度合が高くなっていると推定されてしまうことが防止される。したがって、本変更例では、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量および硫黄成分保持量を考慮せずに上述したＮＯｘ触媒２３の温度、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度等に基づいてＮ２Ｏ流出量を推定している場合、ＮＯｘ離脱処理または硫黄成分離脱処理を実行した後にＮ２ＯセンサによってＮ２Ｏ流出量を検出してもよい。
【００８８】
ところで、上記第一〜第六実施形態から分かるように、Ｎ２Ｏ流出量は、上述した六つのファクタ、すなわちＮＯｘ触媒２３の温度と、ＮＯｘ離脱処理を実行する際の還元剤の種類と、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量と、ＮＯｘ触媒２３の硫黄成分保持量と、ＮＯｘ離脱処理を実行する際にＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度と、ＮＯｘ触媒２３の劣化度合とに応じて変化する。すなわち、Ｎ２Ｏ流出量はこれらファクタの関数である。そこで、本発明では、上記第一〜第六実施形態のうち少なくとも二つの実施形態を組合せてもよい。このようにして上記実施形態を組合せた場合を第七実施形態として以下に説明する。特に、上記第一〜第六実施形態では各実施形態毎にそれぞれＮ２Ｏ流出量推定手段とＮ２Ｏ流出抑制手段とを有するが、本実施形態では第一〜第六実施形態のＮ２Ｏ流出量推定手段のうち少なくとも一つのＮ２Ｏ流出量推定手段と、第一〜第五実施形態のＮ２Ｏ流出抑制手段のうち少なくとも一つの最適なＮ２Ｏ流出抑制手段とを組合せることができる。この場合、例えば、Ｎ２Ｏ流出量推定手段として上記ファクタのうちの二つのファクタからＮ２Ｏ流出量を算出する。例えば、Ｎ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａとなる場合のファクタの値を予め実験的に求め、マップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存する。そして、内燃機関の運転中に上記ファクタの値とマップからＮ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａ以上になっていると推定される場合には、Ｎ２Ｏ流出抑制手段によりＮ２Ｏ抑制処理を実行する。
【００８９】
また、本実施形態のＮ２Ｏ流出抑制手段は、第一〜第五実施形態のＮ２Ｏ抑制処理のうち少なくとも一つの最適なＮ２Ｏ抑制処理を選択して実行する。ところで各Ｎ２Ｏ抑制処理は、実行の可否や燃費向上や内燃機関の運転の安定性（ドライバビリティ）の観点から、その時の内燃機関の運転状態に適している場合と、適していない場合とがある。そこで、本変更例のＮ２Ｏ流出抑制手段は、内燃機関の運転状態に応じて燃費、内燃機関の運転の安定性等が最も有利になるように、上記Ｎ２Ｏ抑制処理のうち最適なＮ２Ｏ抑制処理を選択して実行する。
【００９０】
次に、第七実施形態の例として、第一実施形態と第二実施形態との組み合わせた場合の組合せ例について図５を参照して以下に説明する。
【００９１】
上記第二実施形態で示したようにＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中に還元剤を混入させるために還元剤添加装置を設けた場合、安定して一種類またはそれ以上の還元剤をＮＯｘ触媒２３に流入させることができる。ところが、内燃機関の燃焼室に多量のＥＧＲガスを充填して燃焼室内のガスを低温で燃焼させる（以下、「低温燃焼制御」と称す）ことによって排気ガス中の一酸化炭素の量を増大させることによって一酸化炭素を還元剤とする場合、一酸化炭素の量を増大させることは常に実行することができるわけではなく、内燃機関の運転状態に応じて実行の可否が変化する。したがって、この場合、還元剤として常に一酸化炭素を常に利用することはできない。
【００９２】
そこで、本組合せ例では、使用可能な還元剤を使用してＮＯｘ離脱処理を実行したときにＮ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａ以下に維持されるような温度に昇温してから、上記還元剤を使用してＮＯｘ離脱処理を実行する。例えば、還元剤として一酸化炭素および炭化水素のいずれを用いることも可能である場合、ＮＯｘ処理を実行する直前のＮＯｘ触媒２３の温度が第二の温度Ｔ２よりも高いときには還元剤として一酸化炭素を用いてＮＯｘ離脱処理をすぐに実行し、ＮＯｘ離脱処理を実行する直前のＮＯｘ触媒２３の温度が第二の温度Ｔ２以下であるときには、ＮＯｘ触媒２３の昇温処理を実行してＮＯｘ触媒２３の温度を少なくとも第二の温度Ｔ２よりも高い温度に上昇させてから還元剤として一酸化炭素を用いてＮＯｘ離脱処理を実行する。一方、還元剤として炭化水素のみしか使用することができない場合、ＮＯｘ離脱処理を実行する直前のＮＯｘ触媒２３の温度が第一の温度Ｔ１よりも高い場合にはすぐにＮＯｘ離脱処理を実行するが、ＮＯｘ離脱処理を実行する直前のＮＯｘ触媒２３の温度が第一の温度Ｔ１以下であるときには、ＮＯｘ触媒２３の昇温処理を実行してＮＯｘ触媒２３の温度を少なくとも第一の温度Ｔ１よりも高い温度に上昇させてからＮＯｘ離脱処理を実行する。こうすることにより、ＮＯｘ触媒２３の昇温処理を実行することによるエネルギ消費を最小限に抑えつつ、Ｎ２Ｏ流出量を常に所定流出量以下に抑えることができる。
【００９３】
次に、図１０を参照して上記組合せ例におけるＮ２Ｏ抑制制御の制御ルーチンについて説明する。まず、ステップ１６１において温度センサ２５によってＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが検出される。次いで、ステップ１６２において、還元剤として一酸化炭素を利用することが可能であるか否かが判定される。ステップ１６２において一酸化炭素を利用することが可能であると判定された場合にはステップ１６３へと進む。ステップ１６３では、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが第二の温度Ｔ２以下であるか否かが判定され、第二の温度Ｔ２よりも高いと判定された場合にはステップ１６５へと進む。ステップ１６３においてＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが第二の温度Ｔ２以下であると判定された場合には、ステップ１６４へと進む。ステップ１６４では、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが少なくとも第二の温度Ｔ２に到達するまでＮＯｘ触媒２３の昇温処理が実行され、ステップ１６５へと進む。ステップ１６５では、還元剤として一酸化炭素を用いてＮＯｘ離脱処理が実行され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００９４】
一方、ステップ１６２において、還元剤として一酸化炭素を利用することが不可能であると判定された場合には、ステップ１６６へと進む。ステップ１６６では、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが第一の温度Ｔ１以下であるか否かが判定され、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが第一の温度Ｔ１よりも高いと判定された場合にはステップ１６５へと進む。ステップ１６６において、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが第一の温度Ｔ１以下であると判定された場合には、ステップ１６７へと進む。ステップ１６７では、ＮＯｘ触媒２３の温度Ｔｃａｔが第一の温度Ｔ１に到達するまでＮＯｘ触媒２３の昇温処理が実行され、ステップ１６８へと進む。ステップ１６８では、還元剤として炭化水素を用いてＮＯｘ離脱処理が実行され、制御ルーチンが完了せしめられる。
【００９５】
次に、本発明の第八実施形態の排気浄化装置について説明する。第八実施形態の排気浄化装置の構成は、上記実施形態の構成と基本的に同様であるが、ＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量を検出するためのＮ２Ｏ流出量検出装置（Ｎ２Ｏセンサ）がＮ２Ｏ流出量推定手段として設けられる。そして、第八実施形態の排気浄化装置では、Ｎ２Ｏセンサによって検出された実際のＮ２Ｏ流出量と上記所定流出量Ｑｎ２ｏａを比較し、それに応じてＮ２Ｏ離脱処理を実行する。より詳細には、ＮＯｘ触媒２３に対してＮＯｘ離脱処理を実行すべきときに、Ｎ２Ｏセンサによって検出されたＮ２Ｏ流出量、すなわちＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａよりも少ない場合にはすぐにＮＯｘ離脱処理を実行し、検出されたＮ２Ｏ流出量が所定流出量Ｑｎ２ｏａよりも多い場合にはＮ２Ｏ流出抑制手段によりＮ２Ｏ抑制処理を実行してからＮＯｘ離脱処理を実行する。
【００９６】
次に、本発明の第九実施形態の排気浄化装置について説明する。第九実施形態の排気浄化装置の構成は、図１１に示したように、基本的に上記実施形態の排気浄化装置と同様であるが、還元剤添加装置３２を具備している。また、第九実施形態の排気浄化装置は、通常運転時の排気空燃比がほとんどリーンであるような内燃機関において特に用いられ、以下ではこのような内燃機関において用いた場合について説明する。
【００９７】
ところで、上述したように、ＮＯｘ離脱処理を実行する際には、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度が高いほど、ＮＯｘ触媒２３から離脱したＮＯｘがＮ２Ｏに転化しやすい。ここで、ＮＯｘ離脱処理として、機関排気空燃比をリッチにして、ＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比をリッチにする場合と、還元剤添加装置から還元剤を添加することによって流入排気空燃比をリッチにする場合とを比較してみる。機関排気空燃比をリッチにする場合、ほとんどの酸素が燃焼室５内で燃料等と反応するので、その排気ガスの酸素濃度は低い。一方、還元剤添加装置３２から還元剤を添加して流入排気空燃比をリッチにする場合には、排気ガスに還元剤が添加されてからその排気ガスがＮＯｘ触媒２３に到達するまでには一部の酸素と還元剤とのみが反応するので、ＮＯｘ触媒２３に流入するときのその排気ガスの酸素濃度は、上記機関排気空燃比をリッチにする場合に比べて高い。したがって、酸素濃度をより低くしつつＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比をリッチにするという観点では、機関排気空燃比をリッチにする方が好ましい。
【００９８】
一方、機関排気空燃比をリッチにするのは、上述した低温燃焼制御、ポスト噴射制御、吸気絞り制御（以下、総称して「機関排気空燃比低下手段」と称す）によって行われるが、これら制御は燃焼室５内での燃焼に直接影響を及ぼすので、機関出力等に変動が生じてしまい、運転の安定性（ドライバビリティ）が悪化してしまう。これに対して、還元剤添加装置から還元剤を添加する場合には、機関本体１から完全に排出された後の排気ガスに還元剤を添加するので、還元剤の添加は燃焼室５内での燃焼にはほとんど影響を及ぼさず、よって機関出力等に変動が生じてしまうこともない。したがって、運転の安定性（ドライバビリティ）の観点では、燃料添加装置から燃料を添加して排気ガスの空燃比をリッチにするほうが好ましい。
【００９９】
そこで、第九実施形態の排気浄化装置では、ＮＯｘ離脱処理を実行する際には、機関排気空燃比低下手段によって機関排気空燃比を低下させることと、還元剤添加装置から還元剤を添加することとを同時に行って流入排気空燃比をリッチにする。より詳細には、機関排気空燃比低下手段によって機関排気空燃比はリーンの範囲内で低下せしめられ、すなわち機関出力等に大きな変動が起こらない程度に低下せしめられる。したがって、内燃機関から排出される排気ガスはその空燃比がリーンでありながらも比較的酸素濃度が低くなっている。そして、このように機関排気空燃比が低下せしめられた排気ガスに流入排気ガスがリッチになるように還元剤添加装置から還元剤が添加される。こうして、本実施形態の排気浄化装置では、ＮＯｘ離脱処理の実行時に、機関出力等に大きな変動を起こさないようにしつつ且つ酸素濃度を比較的低く抑えつつ空燃比がリッチとされた排気ガスがＮＯｘ触媒に流入せしめられる。このため、本実施形態の排気浄化装置によれば、ＮＯｘ離脱処理の実行時において、還元剤添加装置からの還元剤の添加のみによって流入排気空燃比をリッチする場合に比べて、Ｎ２Ｏ流出量を抑制することができる。
【０１００】
なお、上記第九実施形態の排気浄化装置によれば、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させて、Ｎ２Ｏ流出量を抑制すること以外にも下記の様な効果を得られる。
【０１０１】
まず、上述したように酸素濃度が低減されるので、ＮＯｘ離脱処理中に反応式（５）の反応がＮＯｘ触媒２３の触媒（白金等）で行われることが少なくなる。よって、ＮＯｘ触媒２３の触媒は、ほとんど反応式（６）の反応を進めるためにのみ用いられるので、ＮＯｘ離脱処理中にＮＯｘ触媒２３に保持されているＮＯｘが良好に還元・浄化される。
ＨｎＣｍ＋Ｏ２→ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ （５）
ＨｎＣｍ＋ＮＯ→ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ＋Ｎ２ （６）
【０１０２】
また、還元剤添加装置から添加する還元剤として燃料を添加した場合、すなわち炭素数の多いＨＣ（以下、「重質ＨＣ」と称す）を添加した場合、この重質ＨＣの多くは、そのままＮＯｘ触媒２３に流入する。一方、機関排気空燃比低下手段によって機関排気空燃比を低下させた場合には、内燃機関の燃焼室５においける反応により、燃料は炭素数の少ないＨＣ（以下、「軽質ＨＣ」と称す）やＣＯとなっており、その後少量の重質ＨＣを還元剤添加装置から添加しても、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガス中の還元剤のほとんどは軽質ＨＣやＣＯである。したがって、本実施形態によれば第二実施形態で説明したＮ２Ｏ流出量をより抑制することができる還元剤を多く含む排気ガスをＮＯｘ触媒２３に流入させることができる。
【０１０３】
また、還元剤の種類によってＮＯｘ触媒２３に保持されているＮＯｘが還元される度合（以下、「ＮＯｘ還元率」と称す）が異なり、図１２に示したようにＣＯのＮＯｘ還元率が最も高く、重質ＨＣのＮＯｘ還元率が最も低い。したがって、本実施形態の排気浄化装置によれば、ＮＯｘ還元率の高い還元剤を多く含む排気ガスをＮＯｘ触媒２３に流入させることができる。なお、図１２では、重質ＨＣとしてＣ１０Ｈ１２のＮＯｘ還元率を、軽質ＨＣとしてＣ３Ｈ６のＮＯｘ還元率を示している。
【０１０４】
さらに、上記吸気絞り制御や低温燃焼制御によって機関排気空燃比を低下させた場合、還元剤添加装置３２によって還元剤を添加して流入排気空燃比を低下させた場合に比べて、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの体積流量が少なくなる。すなわち、吸気絞り制御を行う場合、スロットルバルブ１７が絞られることにより燃焼室５に流入する吸気ガスが減少し、その結果、排気ガスの体積流量も減少する。また、低温燃焼制御を行う場合、ＥＧＲガスとして吸気ガスに混入させる排気ガスが増加されるため、内燃機関から排出された排気ガスが多量にＥＧＲ通路へ流入し、結果として、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの体積流量が減少する。
【０１０５】
一方、図１３に示したように、排気ガスの体積流量が多い場合には、排気ガス中に含まれる還元剤が酸素やＮＯｘと反応せずにＮＯｘ触媒を通過してしまうことが多くなるので、ＮＯｘ還元率は低く、逆に、排気ガスの体積流量が少ない場合には、排気ガス中に含まれる還元剤がＮＯｘと反応せずにＮＯｘ触媒を通過してしまうことが少なくなり、還元剤と酸素およびＮＯｘとが反応し易くなるので、ＮＯｘ還元率は高い。したがって、吸気絞り制御や低温燃焼制御によって機関排気空燃比を低下させると、還元剤添加装置３２によって還元剤を添加して流入排気空燃比を低下させる場合に比べて、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの体積流量が少なくなることにより、ＮＯｘ還元率が高くなる。よって、本実施形態のように、吸気絞り制御や低温燃焼制御によって機関排気空燃比を低下させつつ還元剤添加装置３２によって還元剤を添加することで、還元剤添加装置３２から還元剤を添加することのみによって流入排気空燃比を低下させる場合に比べて、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの体積流量が少なくなるという観点からもＮＯｘ還元率を高めることができる。
【０１０６】
第九実施形態の排気浄化装置について、より具体的に説明する。なお、以下の説明では、第九実施形態を第一実施形態の変更例に組み合わせた場合について説明するが、第九実施形態の排気浄化装置は機関排気空燃比低下手段によって空燃比が低下せしめられた機関排気ガスに上記還元剤添加装置から還元剤を添加することによってＮＯｘ離脱処理を実行すれば如何なる手順でＮＯｘ離脱処理を実行してもよい。
【０１０７】
図１４に示したように、本実施形態の内燃機関では、定常時にＮＯｘ触媒２３への流入排気空燃比がリーンとなっている。そして、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量が一定保持量以上となった場合に、ＮＯｘ触媒２３の温度が上記所定温度よりも低いときには、ＮＯｘ触媒２３の昇温処理として、機関排気空燃比低下手段であるポスト噴射制御によって機関排気空燃比が低下せしめられる。このとき、機関排気空燃比は理論空燃比に近いリーンとされる。その後、ＮＯｘ触媒２３の温度が上記所定温度以上になると、上記ポスト噴射制御によって機関排気空燃比を低下させた状態にしつつ（図中のα）、還元剤添加装置３２から還元剤を添加し、流入排気空燃比をリッチにする（図中のβ）。その後、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ保持量がほぼ零になると、ポスト噴射制御および還元剤添加装置３２からの還元剤の添加が中止される。
【０１０８】
次に、本発明の第九実施形態の排気浄化装置の変更例について説明する。第九実施形態の変更例の構成は基本的に第九実施形態の排気浄化装置の構成と同様であるが、図１１に示したようにＥＧＲガス冷却装置２８をバイパスするためのバイパス通路３３が設けられる。また、ＥＧＲ通路２６からバイパス通路３３への分岐地点には流量調整弁３４が設けられ、この流量調整弁３４はＥＧＲガス冷却装置２８およびバイパス通路３３へ流入するＥＧＲガスの流量を調整する。また、本変更例では、ＮＯｘ離脱処理を実行するときに、低温燃焼制御によって機関排気空燃比を低下させると共に、還元剤添加装置３２から還元剤を添加することによって、流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとされる。
【０１０９】
さらに、本変更例では、ＮＯｘ離脱処理中に低温燃焼制御を行っている場合には、流量調整弁３４はほとんどのＥＧＲガスがＥＧＲガス冷却装置を通らずにバイパス通路３３を通るように切り替えられる。したがって、吸気ガス中には、冷却されていない高温のＥＧＲガスが混入せしめられる。このため、燃焼室５に流入するＥＧＲガスを含んだ吸気ガスは比較的高温となっており、結果的に機関本体１から排出される排気ガスも高温となっている。
【０１１０】
このように、本変更例では、ＮＯｘ離脱処理の実行において、機関本体１から排出される排気ガスが高温であるため、ＮＯｘ触媒２３の温度も高くなる。そして、上述したようにＮＯｘ触媒２３の温度が高くなると、ＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量が抑制される。したがって、本変更例では、ＮＯｘ離脱処理の実行時に、ＥＧＲガス冷却装置をバイパスさせたＥＧＲガスを吸気ガス中に混入させることで、ＮＯｘ触媒２３を昇温することができる。
【０１１１】
なお、上記変更例ではＮＯｘ離脱処理時にＥＧＲガス冷却装置をバイパスさせたＥＧＲガスを吸気ガス中に混入しているが、昇温処理等、機関排気空燃比を低下させる処理を実行するときであって排気ガスの温度を高めるべきときであればいつでも上記ＥＧＲガスを冷却せずに吸気ガス中に混入してもよい。特に、昇温処理中には、このような制御を行うことにより早期にＮＯｘ触媒２３を昇温することができる。
【０１１２】
なお、ＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量は上記ファクタ（ＮＯｘ触媒２３の温度、還元剤の種類、ＮＯｘ保持量、硫黄成分保持量、酸素濃度、ＮＯｘ触媒２３の劣化度合）以外にも、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの流量に応じて変化し、流入する排気ガスの流量が多くなればＮ２Ｏ流出量も多くなり、流入する排気ガスの流量が少なくなればＮ２Ｏ流出量も少なくなる。したがって、上記各実施形態では、ＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量の所定流出量Ｑｎ２ｏａはＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの流量に応じて補正され、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの流量が多くなれば所定流出量Ｑｎ２ｏａも多くされ、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの流量が少なくなれば所定流出量Ｑｎ２ｏａも少なくされる。あるいは、ＮＯｘ触媒２３からのＮ２Ｏ流出量ではなく、Ｎ２Ｏ選択率（ＮＯｘを還元する際にＮＯｘがＮ２Ｏに転化される割合、特に第一〜第七実施形態ではＮＯｘ触媒２３から離脱せしめられたＮＯｘのうちＮ２Ｏに転化される割合）を基準にＮ２Ｏ抑制処理を実行してもよい。この場合、Ｎ２Ｏ選択率が所定選択率よりも高い場合に、Ｎ２Ｏ抑制処理が実行される。
【０１１３】
また、上記実施形態において、ＮＯｘ触媒２３に対するＮＯｘ離脱処理を実行する前にＮ２Ｏ流出量を推定するとしたが、もちろん、ＮＯｘ触媒２３に対するＮＯｘ離脱処理が行われている間、その時にＮＯｘ触媒２３から排気下流に流出しているＮ２Ｏ流出量Ｑｎ２ｏを推定し、推定されたＮ２Ｏ流出量Ｑｎ２ｏが所定流出量Ｑｎ２ｏａを超える場合にはＮ２Ｏ流出抑制手段によってＮ２Ｏ流出量を少なくするように制御してもよい。例えば、酸素濃度検出手段としてＯ２センサを用い、ＮＯｘ触媒２３に対するＮＯｘ離脱処理が行われている間にＮＯｘ触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度をＯ２センサによって検出し、検出された酸素濃度が所定酸素濃度Ｃｏａよりも高い場合にはＮ２Ｏ流出抑制処理を実行するようにしてもよい。
【０１１４】
また、上記実施形態において、排気浄化触媒としてＮＯｘ触媒を用いているが、三元触媒や、流入排気空燃比がリーンのときにもＮＯｘを還元することができるリーンＮＯｘ触媒であってもよい。この場合、Ｎ２Ｏ流出量推定手段は触媒の温度、触媒に流入する排気ガスの酸素濃度に基づいてＮ２Ｏ流出量を推定し、およびＮ２Ｏ流出抑制手段はこれら二つのファクタを変更してＮ２Ｏの流出を抑制する。もちろん、ＮＯｘ触媒と同様にＮＯｘの保持能力があれば、パティキュレートフィルタ等、如何なる排気浄化触媒であってもよい。
【０１１５】
また、上記実施形態では、Ｎ２Ｏ流出量推定手段によって推定されたＮＯｘ離脱処理を実行したときのＮ２Ｏ流出量が所定流出量以上であった場合には、Ｎ２Ｏ流出抑制手段によってＮ２Ｏ抑制処理を実行してから、ＮＯｘ離脱処理を実行するようにしているが、Ｎ２Ｏ抑制処理を実行せずに、ＮＯｘ離脱処理を実行してもＮ２Ｏ流出量が所定流出量よりも少なくなるまで待ってから、ＮＯｘ離脱処理を実行してもよい。例えば、ＮＯｘ離脱処理を実行すべきときにＮＯｘ触媒２３の温度が図１の所定温度Ｔａよりも低い場合には、ＮＯｘ触媒２３の温度がＮ２Ｏ抑制処理以外の処理によって所定温度Ｔａ以上になるのを待ってから、ＮＯｘ離脱処理を実行する。
【０１１６】
最後に、本発明のＮＯｘ触媒２３による排気ガスの浄化メカニズム、特に排気ガス中のＮＯｘの保持・離脱および還元浄化作用について図１５を参照して説明する。ＮＯｘ触媒２３は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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であるＮＯｘ保持剤と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とから成る。
【０１１７】
ここで、このＮＯｘの保持・離脱および還元浄化作用のメカニズムについて白金（Ｐｔ）およびバリウム（Ｂａ）を担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。なお、図１５（Ａ）および（Ｂ）はＮＯｘ触媒２３の隔壁の表面上および隔壁の細孔表面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表している。図１５（Ａ）および（Ｂ）において６０は白金の粒子を示しており、６１はバリウム等のＮＯｘ保持剤を含む担体層を示している。
【０１１８】
流入排気空燃比がかなりリーンになると排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、図１５（Ａ）に示されるようにこれら酸素がＯ２ −またはＯ２−の形で白金６０の表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金６０の表面上でＯ２ −またはＯ２−と反応し、ＮＯ２となる（２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２）。次いで生成されたＮＯ２の一部は白金６０上で更に酸化されつつＮＯｘ保持剤６１内に吸収されて酸化バリウム（ＢａＯ）と結合しながら、図１５（Ａ）に示されるように硝酸イオン（ＮＯ３ −）の形でＮＯｘ保持剤６１内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ保持剤６１に保持される。
【０１１９】
流入する排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金６０の表面でＮＯ２が生成され、ＮＯｘ保持剤６１のＮＯｘ保持能力が飽和しない限りＮＯ２がＮＯｘ保持剤６１に保持されて硝酸イオン（ＮＯ３ −）が生成される。これに対して排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ２の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ３ −→ＮＯ２）に進み、斯くしてＮＯｘ保持剤６１内の硝酸イオン（ＮＯ３ −）がＮＯ２の形でＮＯｘ保持剤から放出される。すなわち、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯｘ保持剤６１からＮＯｘが離脱せしめられることになる。流入する排気ガスのリーンの度合いが低くなれば排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって流入する排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯｘ保持剤６１からＮＯｘが離脱せしめられることになる。
【０１２０】
一方、この時流入排気空燃比を小さくすると、ＨＣ、ＣＯは白金６０上のＯ２ −またはＯ２−と反応して酸化せしめられる。また、流入排気空燃比を小さくすると排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯｘ保持剤６１からＮＯ２が離脱され、このＮＯ２は図１５（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元浄化せしめられる。このようにして白金６０の表面上にＮＯ２が存在しなくなるとＮＯｘ保持剤６１から次から次へとＮＯ２が離脱される。したがって流入排気空燃比を小さくし、且つ還元剤が存在する状態にすると短時間のうちにＮＯｘ保持剤６１からＮＯｘが離脱されて還元浄化されることになる。
【０１２１】
なお、本明細書において、ＮＯｘ触媒からＮＯｘまたは硫黄成分を離脱させるときに、流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすると説明したが、実際には流入する排気ガスの酸素濃度が所定の酸素濃度よりも低くなることによってＮＯｘ触媒からＮＯｘや硫黄成分が離脱し易くなる。したがって、上述した実施形態における「排気ガスの空燃比（排気空燃比）をほぼ理論空燃比またはリッチにする」という説明は「流入する排気ガスの酸素濃度を所定の酸素濃度以下にする」ことを意味する。
【０１２２】
また、本明細書において「保持」という用語は、ＮＯｘを硝酸塩等の形で蓄積する場合の「吸収」およびＮＯｘをＮＯ２等の形で吸着する「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。また、ＮＯｘ触媒からの「離脱」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。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明によれば、ＮＯｘ触媒から排気下流に流出する排気ガス中のＮ２Ｏの量であるＮ２Ｏ流出量が常に所定量以下に抑えられるので、Ｎ２Ｏの流出量が少ない排気浄化装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関の全体の図である。
【図２】ＮＯｘ触媒の温度とＮ２Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図３】第一実施形態におけるＮ２Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【図４】第一実施形態の変更例におけるＮＯｘ触媒への流入排気空燃比とＮＯｘ触媒の温度とのタイムチャートである。
【図５】各種還元剤を用いてＮＯｘ離脱処理を実行した場合のＮＯｘ触媒の温度とＮ２Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図６】第二実施形態におけるＮ２Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【図７】ＮＯｘ触媒の酸素濃度とＮ２Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図８】ＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持量とＮ２Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図９】ＮＯｘ触媒の硫黄成分保持量とＮ２Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図１０】第七実施形態におけるＮ２Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【図１１】第九実施形態について示した図１と同様な図である。
【図１２】還元剤の種類とＮＯｘ還元率との関係を示す図である。
【図１３】ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの体積流量とＮＯｘ還元率との関係を示す図である。
【図１４】第九実施形態における図４と同様な図である。
【図１５】ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの保持および離脱を説明するための図である。
【符号の説明】
５…燃焼室
２３…排気浄化触媒、ＮＯｘ触媒
２５…温度センサ
４０…ＥＣＵ
Claims (12)
- 内燃機関の排気通路上に配置された排気浄化触媒と、該排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を推定するためのＮ２Ｏ流出量推定手段と、上記Ｎ２Ｏ流出量を減少させるためのＮ２Ｏ流出抑制手段とを具備し、上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ２Ｏ流出量が所定量以上である場合には、上記Ｎ２Ｏ流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を減少させるようにしたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
- 上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段は、排気浄化触媒の温度と、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度と、排気浄化触媒の劣化度合とのうちの少なくともいずれか一つに基づいて排気浄化触媒からのＮ２Ｏ流出量を推定する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、排気浄化触媒の温度をＮ２Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような温度以上に上昇させる請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記排気浄化触媒は、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のＮＯｘを保持すると共に、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときには保持しているＮＯｘを離脱させるＮＯｘ触媒であり、該ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯｘ触媒が保持しているＮＯｘを離脱させるＮＯｘ離脱処理を実行するＮＯｘ離脱手段をさらに具備する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段は、排気浄化触媒の温度と、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度と、排気浄化触媒の劣化度合と、ＮＯｘ触媒に保持されているＮＯｘ量およびＮＯｘ触媒に保持されている硫黄成分量のうちの少なくともいずれか一つに基づいてＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量を推定する請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記Ｎ２Ｏ流出量推定手段は、ＮＯｘ離脱処理を実行する前にＮＯｘ離脱処理を実行した場合のＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量を推定し、上記Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、推定されたＮ２Ｏ流出量が上記所定量以上であるときには、Ｎ２Ｏ流出量が該所定量よりも少ないと推定されるまでＮＯｘ離脱処理を禁止する請求項４または５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、さらに、推定されたＮ２Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような温度にまでＮＯｘ触媒を昇温してから上記ＮＯｘ離脱手段によってＮＯｘ離脱処理を実行する請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記ＮＯｘ触媒の昇温は該ＮＯｘ触媒に流入する排気ガス中に還元剤を含有させる還元剤混入手段によって行われ、上記還元剤混入手段はＮＯｘ離脱処理を実行するまでＮＯｘ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ーンとなるように還元剤を含有させる請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記ＮＯｘ離脱手段はＮＯｘ触媒に流入する排気ガス中に還元剤を含有させる還元剤混入手段であり、上記Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、排気ガスに含有させる還元剤としてＮＯｘ触媒からのＮ２Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような還元剤を還元剤混入手段に選択させる請求項４〜８のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記ＮＯｘ触媒の排気上流側において機関排気通路を通過する排気ガスに還元剤を添加する還元剤添加装置と、内燃機関本体から排出される機関排気ガスの空燃比を所定範囲内に低下させる機関排気空燃比低下手段とをさらに具備し、上記Ｎ２Ｏ流出抑制手段は、上記機関排気空燃比低下手段によって空燃比が低下せしめられた機関排気ガスに上記還元剤添加装置から還元剤を添加することによってＮＯｘ離脱処理を実行するようにした請求項４〜７のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 機関排気通路から機関吸気通路へ排気ガスを戻す排気再循環通路をさらに具備し、該排気再循環通路には該排気再循環通路を通過する排気ガスを冷却する再循環ガス冷却装置が設けられると共に、該再循環ガス冷却装置をバイパスさせる冷却装置バイパス通路が設けられ、上記機関排気空燃比低下手段は再循環ガス冷却装置を通さずに冷却装置バイパス通路を通して排気ガスを機関吸気通路へ戻しつつ機関排気ガスの空燃比を低下させる請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 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のＮＯｘを保持すると共に、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときには保持しているＮＯｘを離脱させるＮＯｘ触媒が機関排気通路上に設けられ、該ＮＯｘ触媒の排気上流側において機関排気通路を通過する排気ガスに還元剤を添加する還元剤添加装置と、内燃機関本体から排出される機関排気ガスの空燃比を所定範囲内に低下させる機関排気空燃比低下手段とを具備する内燃機関の排気浄化装置において、
機関排気空燃比低下手段によって空燃比が低下せしめられた機関排気ガスに還元剤添加装置から還元剤を添加することによってＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにするようにした内燃機関の排気浄化装置。
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