JP5131391B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ吸蔵触媒を配置し、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒上流の機関排気通路内に吸着機能を有する酸化触媒を配置し、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒からＮＯ_Ｘを放出すべきときには酸化触媒上流の機関排気通路内に炭化水素を供給してＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
この内燃機関ではＮＯ_Ｘ吸蔵触媒からＮＯ_Ｘを放出すべきときに供給された炭化水素が酸化触媒においてガス状の炭化水素とされ、ガス状の炭化水素がＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に送り込まれる。その結果、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒から放出されたＮＯ_Ｘが良好に還元せしめられることになる。

特許第３９６９４５０号

しかしながらＮＯ_Ｘ吸蔵触媒は高温になるとＮＯ_Ｘ浄化率が低下するという問題がある。
本発明の目的は、排気浄化触媒の温度が高温になっても高いＮＯ_Ｘ浄化率を得ることができかつＮＯ_Ｘ浄化率の低下を推定することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

本発明によれば、炭化水素を供給するための炭化水素供給弁を機関排気通路内に配置し、炭化水素供給弁下流の機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘと改質された炭化水素とを反応させるための排気浄化触媒を配置し、排気浄化触媒の排気ガス流通表面上には貴金属触媒が担持されていると共に貴金属触媒周りには塩基性の排気ガス流通表面部分が形成されており、排気浄化触媒は、炭化水素供給弁から予め定められた量の炭化水素を予め定められた供給周期で噴射すると排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘを還元する性質を有すると共に、炭化水素の供給周期を予め定められた供給周期よりも長くすると排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘの吸蔵量が増大する性質を有しており、炭化水素供給弁のノズル口の目詰まりの度合を検出する目詰まり度合検出手段を具備しており、機関運転時に炭化水素供給弁から予め定められた量の炭化水素を予め定められた供給周期で噴射し、このとき目詰まり度合検出手段により検出された炭化水素供給弁のノズル口の目詰まり度合からＮＯ_Ｘ浄化率を推定するようにしている。

排気浄化触媒の温度が高温になっても高いＮＯ_Ｘ浄化率を得ることができかつ炭化水素供給弁のノズル口の目詰まり度合を検出することによってＮＯ_Ｘ浄化率の低下を推定することができる。

図１は圧縮着火式内燃機関の全体図である。
図２は触媒担体の表面部分を図解的に示す図である。
図３は排気浄化触媒における酸化反応を説明するための図である。
図４は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化を示す図である。
図５はＮＯ_Ｘ浄化率を示す図である。
図６Ａおよび６Ｂは排気浄化触媒における酸化還元反応を説明するための図である。
図７Ａおよび７Ｂは排気浄化触媒における酸化還元反応を説明するための図である。
図８は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化等を示す図である。
図９は排出ＮＯ_Ｘ量ＮＯＸＡのマップを示す図である。
図１０は燃料噴射時期を示す図である。
図１１はＮＯ_Ｘ浄化率を示す図である。
図１２は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化を示すタイムチャートである。
図１３は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化を示すタイムチャートである。
図１４は排気浄化触媒の酸化力と要求最小空燃比Ｘとの関係を示す図である。
図１５は同一のＮＯ_Ｘ浄化率の得られる、排気ガス中の酸素濃度と炭化水素濃度の振幅ΔＨとの関係を示す図である。
図１６は炭化水素濃度の振幅ΔＨとＮＯ_Ｘ浄化率との関係を示す図である。
図１７は炭化水素濃度の振動周期ΔＴとＮＯ_Ｘ浄化率との関係を示す図である。
図１８は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比等の変化を示すタイムチャートである。
図１９は炭化水素の噴射時間Ｗのマップを示す図である。
図２０は炭化水素の実際の噴射時間ＷＴの変化等を示す図である。
図２１は炭化水素の噴射時間ＷＨのマップを示す図である。
図２２は排気浄化触媒の推定温度ＴＣ_Ｏの変化を示す図である。
図２３は目詰まり率と増量係数Ｋとの関係を示す図である。
図２４Ａおよび２４Ｂは炭化水素の噴射の様子を示す図である。
図２５は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化等を示すタイムチャートである。
図２６は増量係数ＫとＮＯ_Ｘ浄化率との関係を示す図である。
図２７は吸入空気量と限界増量係数ＫＸとの関係を示す図である。
図２８および図２９は増量係数Ｋを算出するためのフローチャートである。
図３０は炭化水素の噴射制御を行うためのフローチャートである。

図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結される。排気タービン７ｂの出口は排気管１２を介して排気浄化触媒１３の入口に連結され、排気浄化触媒１３の出口は排気ガス中に含まれる微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ１４に連結される。排気浄化触媒１３上流の排気管１２内には圧縮着火式内燃機関の燃料として用いられる軽油その他の燃料からなる炭化水素を供給するための炭化水素供給弁１５が配置される。図１に示される実施例では炭化水素供給弁１５から供給される炭化水素として軽油が用いられている。なお、本発明はリーン空燃比のもとで燃焼の行われる火花点火式内燃機関にも適用することができる。この場合、炭化水素供給弁１５からは火花点火式内燃機関の燃料として用いられるガソリンその他の燃料からなる炭化水素が供給される。
一方、排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１６を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１６内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１７が配置される。また、ＥＧＲ通路１６周りにはＥＧＲ通路１６内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１８内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１９を介してコモンレール２０に連結され、このコモンレール２０は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２１を介して燃料タンク２２に連結される。燃料タンク２２内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２１によってコモンレール２０内に供給され、コモンレール２０内に供給された燃料は各燃料供給管１９を介して燃料噴射弁３に供給される。
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。排気浄化触媒１３の上流および下流には夫々排気ガス温を検出するための温度センサ２３および２４が取付けられており、パティキュレートフィルタ１４にはパティキュレートフィルタ１４の前後の差圧を検出するための差圧センサ２５が取付けられている。これら温度センサ２３，２４、差圧センサ２５および吸入空気量検出器８の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、炭化水素供給弁１５、ＥＧＲ制御弁１７および燃料ポンプ２１に接続される。
図２は排気浄化触媒１３の基体上に担持された触媒担体の表面部分を図解的に示している。この排気浄化触媒１３では図２に示されるように例えばアルミナからなる触媒担体５０上には貴金属触媒５１，５２が担持されており、更にこの触媒担体５０上にはカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、ランタノイドのような希土類および銀Ａｇ、銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、イリジウムＩｒのようなＮＯ_Ｘに電子を供与しうる金属から選ばれた少くとも一つを含む塩基性層５３が形成されている。排気ガスは触媒担体５０上に沿って流れるので貴金属触媒５１，５２は排気浄化触媒１３の排気ガス流通表面上に担持されていると言える。また、塩基性層５３の表面は塩基性を呈するので塩基性層５３の表面は塩基性の排気ガス流通表面部分５４と称される。
一方、図２において貴金属触媒５１は白金Ｐｔからなり、貴金属触媒５２はロジウムＲｈからなる。即ち、触媒担体５０に担持されている貴金属触媒５１，５２は白金ＰｔおよびロジウムＲｈから構成されている。なお、排気浄化触媒１３の触媒担体５０上には白金ＰｔおよびロジウムＲｈに加えて更にパラジウムＰｄを担持させることができるし、或いはロジウムＲｈに代えてパラジウムＰｄを担持させることができる。即ち、触媒担体５０に担持されている貴金属触媒５１，５２は白金Ｐｔと、ロジウムＲｈおよびパラジウムＰｄの少なくとも一方とにより構成される。
炭化水素供給弁１５から排気ガス中に炭化水素が噴射されるとこの炭化水素は排気浄化触媒１３において改質される。本発明ではこのとき改質された炭化水素を用いて排気浄化触媒１３においてＮＯ_Ｘを浄化するようにしている。図３はこのとき排気浄化触媒１３において行われる改質作用を図解的に示している。図３に示されるように炭化水素供給弁１５から噴射された炭化水素ＨＣは触媒５１によって炭素数の少ないラジカル状の炭化水素ＨＣとなる。
図４は炭化水素供給弁１５からの炭化水素の供給タイミングと排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎの変化とを示している。なお、この空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎの変化は排気浄化触媒１３に流入する排気ガス中の炭化水素の濃度変化に依存しているので図４に示される空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎの変化は炭化水素の濃度変化を表しているとも言える。ただし、炭化水素濃度が高くなると空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎは小さくなるので図４においては空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチ側となるほど炭化水素濃度が高くなっている。
図５は、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度を周期的に変化させることによって図４に示されるように排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎを変化させたときの排気浄化触媒１３によるＮＯ_Ｘ浄化率を排気浄化触媒１３の各触媒温度ＴＣに対して示している。本発明者は長い期間に亘ってＮＯ_Ｘ浄化に関する研究を重ねており、その研究課程において、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の振幅および予め定められた範囲内の周期でもって振動させると、図５に示されるように４００℃以上の高温領域においても極めて高いＮＯ_Ｘ浄化率が得られることが判明したのである。
更にこのときには窒素および炭化水素を含む多量の還元性中間体が塩基性層５３の表面上に、即ち排気浄化触媒１３の塩基性排気ガス流通表面部分５４上に保持又は吸着され続けており、この還元性中間体が高ＮＯ_Ｘ浄化率を得る上で中心的役割を果していることが判明したのである。次にこのことについて図６Ａおよび６Ｂを参照しつつ説明する。なお、これら図６Ａおよび６Ｂは排気浄化触媒１３の触媒担体５０の表面部分を図解的に示しており、これら図６Ａおよび６Ｂには排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度が予め定められた範囲内の振幅および予め定められた範囲内の周期でもって振動せしめたときに生ずると推測される反応が示されている。
図６Ａは排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度が低いときを示しており、図６Ｂは炭化水素供給弁１５から炭化水素が供給されて排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度が高くなっているときを示している。
さて、図４からわかるように排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比は一瞬を除いてリーンに維持されているので排気浄化触媒１３に流入する排気ガスは通常酸素過剰の状態にある。従って排気ガス中に含まれるＮＯは図６Ａに示されるように白金５１上において酸化されてＮＯ_２となり、次いでこのＮＯ_２は白金５１から電子を供与されてＮＯ_２ ⁻となる。従って白金５１上には多量のＮＯ_２ ⁻が生成されることになる。このＮＯ_２ ⁻は活性が強く、以上このＮＯ_２ ⁻を活性ＮＯ_２ ^＊と称する。
一方、炭化水素供給弁１５から炭化水素が供給されると図３に示されるようにこの炭化水素は排気浄化触媒１３内において改質され、ラジカルとなる。その結果、図６Ｂに示されるように活性ＮＯ_２ ^＊周りの炭化水素濃度が高くなる。ところで活性ＮＯ_２ ^＊が生成された後、活性ＮＯ_２ ^＊周りの酸素濃度が高い状態が一定時間以上継続すると活性ＮＯ_２ ^＊は酸化され、硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で塩基性層５３内に吸収される。しかしながらこの一定時間が経過する前に活性ＮＯ_２ ^＊周りの炭化水素濃度が高くされると図６Ｂに示されるように活性ＮＯ_２ ^＊は白金５１上においてラジカル状の炭化水素ＨＣと反応し、それにより還元性中間体が生成される。この還元性中間体は塩基性層５３の表面上に付着又は吸着される。
なお、このとき最初に生成される還元性中間体はニトロ化合物Ｒ−ＮＯ_２であると考えられる。このニトロ化合物Ｒ−ＮＯ_２は生成されるとニトリル化合物Ｒ−ＣＮとなるがこのニトリル化合物Ｒ−ＣＮはその状態では瞬時しか存続し得ないのでただちにイソシアネート化合物Ｒ−ＮＣＯとなる。このイソシアネート化合物Ｒ−ＮＣＯは加水分解するとアミン化合物Ｒ−ＮＨ_２となる。ただしこの場合、加水分解されるのはイソシアネート化合物Ｒ−ＮＣＯの一部であると考えられる。従って図６Ｂに示されるように塩基性層５３の表面上に保持又は吸着されている還元性中間体の大部分はイソシアネート化合物Ｒ−ＮＣＯおよびアミン化合物Ｒ−ＮＨ_２であると考えられる。
一方、図６Ｂに示されるように生成された還元性中間体の周りを炭化水素ＨＣが取り囲んでいると還元性中間体は炭化水素ＨＣに阻まれてそれ以上反応が進まない。この場合、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度が低下せしめられ、それによって酸素濃度が高くなると還元性中間体周りの炭化水素は酸化せしめられる。その結果、図６Ａに示されるように還元性中間体と活性ＮＯ_２ ^＊とが反応するようになる。このとき活性ＮＯ_２ ^＊は還元性中間体Ｒ−ＮＣＯやＲ−ＮＨ_２と反応してＮ_２，ＣＯ_２，Ｈ_２Ｏとなり、斯くしてＮＯ_Ｘが浄化されることになる。
このように排気浄化触媒１３では、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度を高くすることにより還元性中間体が生成され、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度を低くして酸素濃度を高くすることにより活性ＮＯ_２ ^＊が還元性中間体と反応し、ＮＯ_Ｘが浄化される。即ち、排気浄化触媒１３によりＮＯ_Ｘを浄化するには排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度を周期的に変化させる必要がある。
無論、この場合、還元性中間体を生成するのに十分高い濃度まで炭化水素の濃度を高める必要があり、生成された還元性中間体を活性ＮＯ_２ ^＊と反応させるのに十分低い濃度まで炭化水素の濃度を低下させる必要がある。即ち、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の振幅で振動させる必要がある。なお、この場合、生成された還元性中間体が活性ＮＯ_２ ^＊と反応するまで、十分な量の還元性中間体Ｒ−ＮＣＯやＲ−ＮＨ_２を塩基性層５３上に、即ち塩基性排気ガス流通表面部分２４上保持しておかなければならず、そのために塩基性の排気ガス流通表面部分２４が設けられている。
一方、炭化水素の供給周期を長くすると炭化水素が供給された後、次に炭化水素が供給されるまでの間において酸素濃度が高くなる期間が長くなり、従って活性ＮＯ_２ ^＊は還元性中間体を生成することなく硝酸塩の形で塩基性層５３内に吸収されることになる。これを回避するためには排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の周期でもって振動させることが必要となる。
そこで本発明による実施例では、排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘと改質された炭化水素とを反応させて窒素および炭化水素を含む還元性中間体Ｒ−ＮＣＯやＲ−ＮＨ_２を生成するために排気浄化触媒１３の排気ガス流通表面上には貴金属触媒５１，５２が担持されており、生成された還元性中間体Ｒ−ＮＣＯやＲ−ＮＨ_２を排気浄化触媒１３内に保持しておくために貴金属触媒５１，５２周りには塩基性の排気ガス流通表面部分５４が形成されており、塩基性の排気ガス流通表面部分５４上に保持された還元性中間体Ｒ−ＮＣＯやＲ−ＮＨ_２の還元作用によりＮＯ_Ｘが還元され、炭化水素濃度の振動周期は還元性中間体Ｒ−ＮＣＯやＲ−ＮＨ_２を生成し続けるのに必要な振動周期とされる。因みに図４に示される例では噴射間隔が３秒とされている。
炭化水素濃度の振動周期、即ち炭化水素ＨＣの供給周期を上述の予め定められた範囲内の周期よりも長くすると塩基性層５３の表面上から還元性中間体Ｒ−ＮＣＯやＲ−ＮＨ_２が消滅し、このとき白金Ｐｔ５３上において生成された活性ＮＯ_２ ^＊は図７Ａに示されるように硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で塩基性層５３内に拡散し、硝酸塩となる。即ち、このときには排気ガス中のＮＯ_Ｘは硝酸塩の形で塩基性層５３内に吸収されることになる。
一方、図７ＢはこのようにＮＯ_Ｘが硝酸塩の形で塩基性層５３内に吸収されているときに排気浄化触媒１３内に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチにされた場合を示している。この場合には排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くして塩基性層５３内に吸収されている硝酸塩は順次硝酸イオンＮＯ_３ ⁻となって図７Ｂに示されるようにＮＯ_２の形で塩基性層５３から放出される。次いで放出されたＮＯ_２は排気ガス中に含まれる炭化水素ＨＣおよびＣＯによって還元される。
なお、このとき塩基性層５３がＮＯ_Ｘを一時的に吸着する場合もあり、従って吸収および吸着の双方を含む用語として吸蔵という用語を用いるとこのとき塩基性層５３はＮＯ_Ｘを一時的に吸蔵するためのＮＯ_Ｘ吸蔵剤の役目を果していることになる。即ち、この場合には、機関吸気通路、燃焼室２および排気浄化触媒１３上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、排気浄化触媒１３は、排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_Ｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ吸蔵触媒として機能している。
図８はこのようなＮＯ_Ｘの吸蔵還元作用を利用したＮＯ_Ｘ浄化方法を示している。即ち、このＮＯ_Ｘ浄化方法では図８に示されるように塩基性層５３に吸蔵された吸蔵ＮＯ_Ｘ量ΣＮＯＸが予め定められた許容量ＭＡＸを越えたときに排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが一時的にリッチにされる。排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチにされると排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリーンのときに塩基性層５３内に吸収されたＮＯ_Ｘが塩基性層５３から一気に放出されて還元される。それによってＮＯ_Ｘが浄化される。
吸蔵ＮＯ_Ｘ量ΣＮＯＸは例えば機関から排出されるＮＯ_Ｘ量から算出される。本発明による実施例では機関から単位時間当り排出される排出ＮＯ_Ｘ量ＮＯＸＡが機関負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図９に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、この排出ＮＯ_Ｘ量ＮＯＸＡから吸蔵ＮＯ_Ｘ量ΣＮＯＸが算出される。排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチにされる周期は図４に示されるように排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが低下せしめられる周期よりもはるかに長く、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチにされる周期は通常１分以上である。
また、このＮＯ_Ｘ浄化方法では図１０に示されるように燃焼室２内に燃料噴射弁３から燃焼用燃料Ｍに加え、追加の燃料Ｗを噴射することによって排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチにされる。なお、図１０の横軸はクランク角を示している。この追加の燃料Ｗは燃焼はするが機関出力となって現われない時期に、即ち圧縮上死点後ＡＴＤＣ９０°の少し手前で噴射される。無論、この場合炭化水素供給弁１５からの炭化水素の供給量を増大させることによって排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎをリッチにすることもできる。
図１１は、排気浄化触媒１３をこのようにＮＯ_Ｘ吸蔵触媒として機能させたときのＮＯ_Ｘ浄化率を示している。なお、図１１の横軸は排気浄化触媒１３の触媒温度ＴＣを示している。排気浄化触媒１３をＮＯ_Ｘ吸蔵触媒として機能させた場合には図１１に示されるように触媒温度ＴＣが３００℃から４００℃のときには極めて高いＮＯ_Ｘ浄化率が得られるが触媒温度ＴＣが４００℃以上の高温になるとＮＯ_Ｘ浄化率が低下する。
このように触媒温度ＴＣが４００℃以上になるとＮＯ_Ｘ浄化率が低下するのは、触媒温度ＴＣが４００℃以上になると硝酸塩が熱分解してＮＯ_２の形で排気浄化触媒１３から放出されるからである。即ち、ＮＯ_Ｘを硝酸塩の形で吸蔵している限り、触媒温度ＴＣが高いときに高いＮＯ_Ｘ浄化率を得るのは困難である。しかしながら図４から図６Ａ，６Ｂに示される新たなＮＯ_Ｘ浄化方法では図６Ａ，６Ｂからわかるように硝酸塩は生成されず或いは生成されても極く微量であり、斯くして図５に示されるように触媒温度ＴＣが高いときでも高いＮＯ_Ｘ浄化率が得られることになる。
そこで本発明では、炭化水素を供給するための炭化水素供給弁１５を機関排気通路内に配置し、炭化水素供給弁１５下流の機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘと改質された炭化水素とを反応させるための排気浄化触媒１３を配置し、排気浄化触媒１３の排気ガス流通表面上には貴金属触媒５１，５２が担持されていると共に貴金属触媒５１，５２周りには塩基性の排気ガス流通表面部分５４が形成されており、排気浄化触媒１３は、炭化水素供給弁１５から予め定められた量の炭化水素を予め定められた供給周期で噴射すると排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘを還元する性質を有すると共に、炭化水素の供給周期を予め定められた供給周期よりも長くすると排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘの吸蔵量が増大する性質を有しており、機関運転時には通常、炭化水素供給弁１５から上述の予め定められた量の炭化水素を上述の予め定められた供給周期で噴射し、それにより排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘを排気浄化触媒１３において還元するようにしている。
即ち、図４から図６Ａ，６Ｂに示されるＮＯ_Ｘ浄化方法は、貴金属触媒を担持しかつＮＯ_Ｘを吸収しうる塩基性層を形成した排気浄化触媒を用いた場合において、ほとんど硝酸塩を形成することなくＮＯ_Ｘを浄化するようにした新たなＮＯ_Ｘ浄化方法であると言うことができる。実際、この新たなＮＯ_Ｘ浄化方法を用いた場合には排気浄化触媒１３をＮＯ_Ｘ吸蔵触媒として機能させた場合に比べて、塩基性層５３から検出される硝酸塩は極く微量である。
次に図１２から図１７を参照しつつ図４から図６Ａ，６Ｂに示される新たなＮＯ_Ｘ浄化方法についてもう少し詳細に説明する。
図１２は図４に示される空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎの変化を拡大して示している。なお、前述したようにこの排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎの変化は同時に排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度変化を示している。なお、図１２においてΔＨは排気浄化触媒１３に流入する炭化水素ＨＣの濃度変化の振幅を示しており、ΔＴは排気浄化触媒１３に流入する炭化水素濃度の振動周期を示している。
更に図１２において（Ａ／Ｆ）ｂは機関出力を発生するための燃焼ガスの空燃比を示すベース空燃比を表している。言い換えるとこのベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂは炭化水素の供給を停止したときに排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比を表している。一方、図１２においてＸは、生成された活性ＮＯ_２ ^＊が硝酸塩の形で塩基性層５３内に吸蔵されることなく還元性中間体の生成のために使用される空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎの上限を表しており、活性ＮＯ_２ ^＊と改質された炭化水素とを反応させて還元性中間体を生成させるには空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎをこの空燃比の上限Ｘよりも低くすることが必要となる。
別の言い方をすると図１２のＸは活性ＮＯ_２ ^＊と改質された炭化水素とを反応させて還元性中間体を生成させるのに必要な炭化水素の濃度の下限を表しており、還元性中間体を生成するためには炭化水素の濃度をこの下限Ｘよりも高くする必要がある。この場合、還元性中間体が生成されるか否かは活性ＮＯ_２ ^＊周りの酸素濃度と炭化水素濃度との比率、即ち空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎで決まり、還元性中間体を生成するのに必要な上述の空燃比の上限Ｘを以下、要求最小空燃比と称する。
図１２に示される例では要求最小空燃比Ｘがリッチとなっており、従ってこの場合には還元性中間体を生成するために空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが瞬時的に要求最小空燃比Ｘ以下に、即ちリッチにされる。これに対し、図１３に示される例では要求最小空燃比Ｘがリーンとなっている。この場合には空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎをリーンに維持しつつ空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎを周期的に低下させることによって還元性中間体が生成される。
この場合、要求最小空燃比Ｘがリッチになるかリーンになるかは排気浄化触媒１３の酸化力による。この場合、排気浄化触媒１３は例えば貴金属５１の担持量を増大させれば酸化力が強まり、酸性を強めれば酸化力が強まる。従って排気浄化触媒１３の酸化力は貴金属５１の担持量や酸性の強さによって変化することになる。
さて、酸化力が強い排気浄化触媒１３を用いた場合に図１３に示されるように空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎをリーンに維持しつつ空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎを周期的に低下させると、空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが低下せしめられたときに炭化水素が完全に酸化されてしまい、その結果還元性中間体を生成することができなくなる。これに対し、酸化力が強い排気浄化触媒１３を用いた場合に図１２に示されるように空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎを周期的にリッチにさせると空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチにされたときに炭化水素は完全に酸化されることなく部分酸化され、即ち炭化水素が改質され、斯くして還元性中間体が生成されることになる。従って酸化力が強い排気浄化触媒１３を用いた場合には要求最小空燃比Ｘはリッチにする必要がある。
一方、酸化力が弱い排気浄化触媒１３を用いた場合には図１３に示されるように空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎをリーンに維持しつつ空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎを周期的に低下させると、炭化水素は完全に酸化されずに部分酸化され、即ち炭化水素が改質され、斯くして還元性中間体が生成される。これに対し、酸化力が弱い排気浄化触媒１３を用いた場合に図１２に示されるように空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎを周期的にリッチにさせると多量の炭化水素は酸化されることなく単に排気浄化触媒１３から排出されることになり、斯くして無駄に消費される炭化水素量が増大することになる。従って酸化力が弱い排気浄化触媒１３を用いた場合には要求最小空燃比Ｘはリーンにする必要がある。
即ち、要求最小空燃比Ｘは図１４に示されるように排気浄化触媒１３の酸化力が強くなるほど低下させる必要があることがわかる。このように要求最小空燃比Ｘは排気浄化触媒１３の酸化力によってリーンになったり、或いはリッチになったりするが、以下要求最小空燃比Ｘがリッチである場合を例にとって、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度変化の振幅や排気浄化触媒１３に流入する炭化水素濃度の振動周期について説明する。
さて、ベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂが大きくなると、即ち炭化水素が供給される前の排気ガス中の酸素濃度が高くなると空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎを要求最小空燃比Ｘ以下とするのに必要な炭化水素の供給量が増大し、それに伴なって還元性中間体の生成に寄与しなかった余剰の炭化水素量も増大する。この場合、ＮＯ_Ｘを良好に浄化するためには前述したようにこの余剰の炭化水素を酸化させる必要があり、従ってＮＯ_Ｘを良好に浄化するためには余剰の炭化水素量が多いほど多量の酸素が必要となる。
この場合、排気ガス中の酸素濃度を高めれば酸素量を増大することができる。従ってＮＯ_Ｘを良好に浄化するためには、炭化水素が供給される前の排気ガス中の酸素濃度が高いときには炭化水素供給後の排気ガス中の酸素濃度を高める必要がある。即ち、炭化水素が供給される前の排気ガス中の酸素濃度が高いほど炭化水素濃度の振幅を大きくする必要がある。
図１５は同一のＮＯ_Ｘ浄化率が得られるときの、炭化水素が供給される前の排気ガス中の酸素濃度と炭化水素濃度の振幅ΔＨとの関係を示している。図１５から同一のＮＯ_Ｘ浄化率を得るためには炭化水素が供給される前の排気ガス中の酸素濃度が高いほど炭化水素濃度の振幅ΔＨを増大させる必要があることがわかる。即ち、同一のＮＯ_Ｘ浄化率を得るにはベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂが高くなるほど炭化水素濃度の振幅ΔＴを増大させることが必要となる。別の言い方をすると、ＮＯ_Ｘを良好に浄化するためにはベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂが低くなるほど炭化水素濃度の振幅ΔＴを減少させることができる。
ところでベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂが最も低くなるのは加速運転時であり、このとき炭化水素濃度の振幅ΔＨが２００ｐｐｍ程度あればＮＯ_Ｘを良好に浄化することができる。ベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂは通常、加速運転時よりも大きく、従って図１６に示されるように炭化水素濃度の振幅ΔＨが２００ｐｐｍ以上であれば良好なＮＯ_Ｘ浄化率を得ることができることになる。
一方、ベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂが最も高いときには炭化水素濃度の振幅ΔＨを１００００ｐｐｍ程度にすれば良好なＮＯ_Ｘ浄化率が得られることがわかっている。また、炭化水素濃度の振幅ΔＨが１００００ｐｐｍを越えると空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチになる危険性があり、従って図４から図６Ａ，６Ｂに示される新たなＮＯ_Ｘ浄化方法を行えなくなる危険性がある。従って本発明では炭化水素濃度の振幅の予め定められた範囲が２００ｐｐｍから１００００ｐｐｍとされている。
また、炭化水素濃度の振動周期ΔＴが長くなると炭化水素が供給された後、次に炭化水素が供給される間、活性ＮＯ_２ ^＊周りの酸素濃度が高くなる。この場合、炭化水素濃度の振動周期ΔＴが５秒程度よりも長くなると活性ＮＯ_２ ^＊が硝酸塩の形で塩基性層５３内に吸収され始め、従って図１７に示されるように炭化水素濃度の振動周期ΔＴが５秒程度よりも長くなるとＮＯ_Ｘ浄化率が低下することになる。従って炭化水素濃度の振動周期ΔＴは５秒以下とする必要がある。
一方、炭化水素濃度の振動周期ΔＴがほぼ０．３秒以下になると供給された炭化水素が排気浄化触媒１３の排気ガス流通表面上に堆積し始め、従って図１７に示されるように炭化水素濃度の振動周期ΔＴがほぼ０．３秒以下になるとＮＯ_Ｘ浄化率が低下する。そこで本発明では炭化水素濃度の振動周期が０．３秒から５秒の間とされている。
さて、本発明では炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量および噴射時期を変化させることによって炭化水素濃度の振幅ΔＨおよび振動周期ΔＴが機関の運転状態に応じた最適値となるように、即ち新たなＮＯ_Ｘ浄化方法による良好なＮＯ_Ｘ浄化作用が行われるように制御される。この場合、本発明による実施例では炭化水素の噴射量は炭化水素供給弁１５の炭化水素の噴射時間を制御することによって行われる。
図１８は或る代表的な機関運転状態における、排気浄化触媒１３への流入炭化水素の濃度変化、即ち排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎの変化と、炭化水素の噴射時間ＷＴとを示しており、新たなＮＯ_Ｘ浄化方法による良好なＮＯ_Ｘ浄化作用を確保することのできる炭化水素の噴射時間ＷＴは機関の運転状態に応じて変化する。本発明による実施例ではこの炭化水素の噴射時間Ｗが機関の要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１９に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、炭化水素供給弁１５からの噴射時間ＷＴは通常、図１９のマップから算出された噴射時間Ｗとされる。
さて、本発明による実施例では排気浄化触媒１３或いはその他の触媒、或いはパティキュレートフィルタ１４を暖機その他の目的のために昇温するときには炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量を増量することによって行われる。図２０は一例としてパティキュレートフィルタ１４を再生すべきときにパティキュレートフィルタ１４の温度を６００℃程度の目標温度まで昇温させるときの昇温制御を示している。
このときには図２０からわかるように昇温制御が開始されると炭化水素の噴射時間ＷＴが増大せしめられる。一方、このように炭化水素の噴射時間ＷＴが増大せしめられると炭化水素の酸化反応熱の増大によりパティキュレートフィルタ１４の温度が上昇し、このとき図２０に示されるように排気浄化触媒１３の温度ＴＣも上昇する。
ところでパティキュレートフィルタ１４の温度を６００℃程度の目標温度まで上昇させかつ目標温度に維持するのに必要な炭化水素の噴射量は排気ガス量、即ち吸入空気量と排気ガス温との関数であり、本発明による実施例ではパティキュレートフィルタ１４の温度を目標温度まで上昇させかつ目標温度に維持するのに必要な炭化水素の基準噴射時間ＷＨが吸入空気量ＧＡと排気ガス温ＴＥとの関数のとして図２１に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
炭化水素供給弁１５から炭化水素が正常に噴射されているときには炭化水素の噴射時間を図２１のマップから算出される噴射時間ＷＨにするとパティキュレートフィルタ１４の温度は目標温度まで上昇しかつ目標温度に維持される。図２２に示す実線はこのときの排気浄化触媒１３の温度ＴＣ_Ｏの変化を示しており、炭化水素供給弁１５から炭化水素が正常に噴射されている場合には昇温制御が開始されたときの排気浄化触媒１３の温度にかかわらずに排気浄化触媒１３の温度ＴＣ_Ｏは図２２に示される実線に沿って上昇する。即ち、排気浄化触媒１３の温度ＴＣ_Ｏが２００℃のときに昇温制御が開始されても、排気浄化触媒１３の温度ＴＣ_Ｏが３００℃のときに昇温制御が開始されても排気浄化触媒１３の温度ＴＣ_Ｏは図２２に示される実線に沿って上昇する。
従って、炭化水素供給弁１５から炭化水素が正常に噴射されているのときには排気浄化触媒１３の温度ＴＣ_Ｏは昇温制御開始時の温度から図２２の実線に沿って上昇するものと推定され、従って本発明による実施例では図２２におけるＴＣ_Ｏは推定温度と称される。図２２において実線で示されている推定温度ＴＣ_Ｏの変化は予め記憶されている。
さて、今、排気浄化触媒１３の実際の温度が３００℃のときに昇温制御が開始されたとする。このとき炭化水素の噴射時間ＷＴが図２１に示されるマップから算出された基準噴射時間ＷＨとされ、炭化水素供給弁１５から炭化水素が正常に噴射されていたとすると排気浄化触媒１３の実際の温度ＴＣは図２２において実線で示される推定温度ＴＣ_Ｏに沿って上昇する。このときパティキュレートフィルタ１４の温度は目標温度まで上昇せしめられ、目標温度に維持される。
これに対し、昇温制御が開始され、炭化水素の噴射時間ＷＴが図２１に示されるマップから算出された基準噴射時間ＷＨとされたときに炭化水素供給弁１５のノズル口が目詰まりを生じていたとすると炭化水素の噴射量が正常時の噴射量に比べて減少する。その結果、排気浄化触媒１３の実際の温度ＴＣは図２２において破線で示されるように推定温度Ｔ_Ｏまで上昇しない。このときパティキュレートフィルタ１４の温度は目標温度まで上昇しなくなる。
そこで本発明による実施例ではこのとき排気浄化触媒１３の実際の温度ＴＣが図２２において実線で示される推定温度ＴＣ_Ｏに沿って上昇するように炭化水素の噴射時間が増大される。具体的に言うとこのとき炭化水素の噴射量が正常時における炭化水素の噴射量と等しくなるように図２１に示されるマップから算出された基準噴射時間ＷＨに増量係数Ｋ（＞１．０）が乗算される。従ってこのときパティキュレートフィルタ１４の温度は目標温度まで上昇せしめられ、目標温度に維持される。
さて、基準噴射時間ＷＨに乗算される増量係数Ｋの値は炭化水素供給弁１５のノズル口の有効面積が減少するほど、即ち炭化水素供給弁１５のノズル口の目詰まり率が増大するほど大きくなる。図２３は増量係数Ｋと目詰まり率との関係を示しており、図２３から目詰まり率が増大するほど増量係数Ｋの値が増大することがわかる。
上述したように炭化水素供給弁１５のノズル口が目詰まりしたときには炭化水素の噴射量が減少するために良好な昇温作用が行われなくなる。しかしながらこのときには炭化水素の噴射時間を増大することによって良好な昇温作用が得られるようになる。一方、炭化水素供給弁１５のノズル口が目詰まりを生ずるとＮＯ_Ｘ浄化率が低下する。しかしながらこのときには炭化水素の噴射時間を増大してもＮＯ_Ｘ浄化率はほとんど増大しない。このことについて図２４Ａ，２４Ｂおよび図２５を参照しつつ説明する。
図２４Ａは炭化水素供給弁１５のノズル口１５ａが目詰まりをしていない場合を示しており、図２４Ｂはノズル口１５ａが目詰まりをしている場合を示している。ノズル口１５ａが目詰まりを生ずるとノズル口１５ａの有効面積が小さくなる。その結果噴射量が減少すると共に図２４Ｂに示されるように噴霧Ｆの広がり角が増大する。このように噴射量が減少し、噴霧Ｆの広がり角が増大すると噴射された炭化水素の濃度が低下するために図２５に示されるように空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが要求最小空燃比Ｘ以下にならなくなる。その結果、ＮＯ_Ｘ浄化率が低下することになる。
ところで本発明による実施例ではノズル口１５ａが目詰まりを生じたときには炭化水素の噴射量が正常時における噴射量と等しくなるように炭化水素の噴射時間が増大される。しかしながらノズル口１５ａが目詰まりを生じたときに炭化水素の噴射時間が増大されても図２４Ｂに示されるように噴霧Ｆが広がる。従ってこの場合でも噴射された炭化水素の濃度が低下するために図２５に示されるように空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが要求最小空燃比Ｘ以下にならなくなる。その結果、ＮＯ_Ｘ浄化率が低下することになる。
即ち、本発明による新たなＮＯ_Ｘ浄化方法を用いている場合には、ノズル口１５ａの目詰まり率が高くなって噴射された炭化水素の濃度が低下するほどＮＯ_Ｘ浄化率が低下する。即ち、本発明による新たなＮＯ_Ｘ浄化方法を用いている場合にはノズル口１５ａの目詰まり率、即ちノズル口１５ａの目詰まりの度合からＮＯ_Ｘ浄化率を推定できることになる。そこで本発明では、炭化水素供給弁１５のノズル口１５ａの目詰まりの度合を検出する目詰まり度合検出手段を具備しており、本発明による新たなＮＯ_Ｘ浄化方法が用いられているときに、この目詰まり度合検出手段により検出された炭化水素供給弁１５のノズル口１５ａの目詰まり度合からＮＯ_Ｘ浄化率を推定するようにしている。
一方、本発明による実施例では前述したように炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射時間を増大することによって機関排気通路内に配置された触媒又はパティキュレートフィルタ１４の温度を目標温度まで昇温させる昇温制御が行われる。この場合、ノズル口１５ａが目詰まりを生ずると炭化水素の噴射時間が増大され、このとき図２３に示されるように増量係数Ｋの値、即ち炭化水素の噴射時間の増大量から目詰まり率、即ち目詰まり度合がわかる。
従って本発明による実施例では上述の目詰まり度合検出手段により、昇温制御が行われているときの炭化水素の噴射時間の増大量から目詰まり度合が検出される。
図２６は増量係数ＫとＮＯ_Ｘ浄化率との関係を示している。なお、図２６において３つの実線ＧＡ_１，ＧＡ_２，ＧＡ_３は夫々等吸入空気量線を表しておく、吸入空気量についてはＧＡ_１＜ＧＡ_２＜ＧＡ_３の関係がある。また、図２６においてＲＸは許容ＮＯ_Ｘ浄化率を示しており、ＫＸ_１，ＫＸ_２，ＫＸ_３は吸入空気量がＧＡ_１，ＧＡ_２，ＧＡ_３であるときにＮＯ_Ｘ浄化率が許容ＮＯ_Ｘ浄化率ＲＸとなるときの増量係数Ｋの限界値、即ち限界増量係数を示している。図２７に示されるようにこの限界増量係数ＫＸは吸入空気量ＧＡが増大するほど低くなる。
本発明による実施例ではＮＯ_Ｘ浄化率が許容ＮＯ_Ｘ浄化率以下となったとき、即ち増量係数Ｋが吸入空気量に応じた限界増量係数ＫＸを越えたときには新たなＮＯ_Ｘ浄化方法を用いたとしても良好なＮＯ_Ｘ浄化作用が得られないと判断され、このとき例えば警告灯が点灯される。また、本発明による実施例ではこのとき新たなＮＯ_Ｘ浄化方法からＮＯ_Ｘの吸蔵還元を利用したＮＯ_Ｘ浄化方法に切換えられる。
また、前述したように本発明による実施例ではノズル口１５ａの目詰まり率、即ちノズル口１５ａの目詰まり度合が増大すると増量係数Ｋが増大する。従って本発明による実施例においては別の言い方をすると、炭化水素供給弁１５のノズル口１５ａの目詰まり度合が予め定められた度合を越えたときにＮＯ_Ｘ浄化率が許容ＮＯ_Ｘ浄化率ＲＸ以下になったと判断され、このとき例えば警告灯が点灯される。この場合、この予め定められた度合は吸入空気量が増大するほど大きくされる。
一方、本発明による実施例では、炭化水素供給弁１５のノズル口１５ａの目詰まり度合が予め定められた度合を越えたとき、即ちＮＯ_Ｘ浄化率が許容ＮＯ_Ｘ浄化率ＲＸ以下になったと判断されたときに、排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比を予め定められた供給周期よりも長い周期でもってリーンからリッチに切換えることによりＮＯ_Ｘを浄化する別のＮＯ_Ｘ浄化方法へと、即ちＮＯ_Ｘ吸蔵還元を利用したＮＯ_Ｘ浄化方法へとＮＯ_Ｘ浄化方法が切換えられる。
次に図２８および図２９を参照しつつ増量係数Ｋの算出ルーチンについて説明する。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図２８を参照すると、まず初めにステップ６０においてパティキュレートフィルタ１４を昇温すべきであることを示す昇温フラグがセットされているか否かが判別される。昇温フラグがセットされていないときにはステップ６１に進んでパティキュレートフィルタ１４を昇温すべき要求が出されているか否かが判別される。パティキュレートフィルタ１４を昇温すべき要求が出されていない場合には処理サイクルを完了する。
これに対し、パティキュレートフィルタ１４を昇温すべき要求が出されている場合にはステップ６２に進んで昇温フラグがセットされる。次いでステップ６３では温度センサ２３，３４から排気浄化触媒ＴＣの現在の温度ＴＣ、即ち初期触媒温度が検出される。次いでステップ６４ではこの初期触媒温度が排気浄化触媒１３の推定温度Ｔ_Ｏとされ、次いでステップ６５に進む。なお、この推定温度Ｔ_Ｏは図２２に示される曲線に沿って時間の経過と共に増大せしめられる。ステップ６２においてフラグがセットされるとその後はステップ６０からステップ６４にジャンプする。
ステップ６５では温度センサ２３，２４により検出された排気浄化触媒１３の実際の温度ＴＣが推定温度ＴＣ_Ｏから小さな一定値αを減算した値（ＴＣ_Ｏ−α）よりも低いか否かが判別される。ＴＣ≧ＴＣ_Ｏ−αであるときにはステップ６６に進んで排気浄化触媒１３の実際の温度が推定温度ＴＣ_Ｏに小さな一定値αを加算した値（ＴＣ_Ｏ＋α）よりも大きいか否かが判別される。ＴＣ≦ＴＣ_Ｏ＋αのときにはステップ６９に進む。
一方、ステップ６５においてＴＣ＜ＴＣ_Ｏ−αであると判別されたときにはステップ６７に進んで増量係数Ｋに一定値ΔＫが加算される。次いでステップ６９に進む。また、ステップ６６においてＴＣ＞ＴＣ_Ｏ＋αであると判別されたときにはステップ６８に進んで増量係数Ｋから一定値ΔＫが減算される。次いでステップ６９に進む。即ち、増量係数Ｋは排気浄化触媒１３の実際の温度ＴＣが推定温度ＴＣ_Ｏとなるように増大或いは減少せしめられる。
ステップ６９では増量係数Ｋが図２７に示される限界増量係数ＫＸを越えたか否かが判別される。Ｋ＞ＫＸのときにはステップ７０に進んで異常フラグがセットされ、次いでステップ７１に進んで警告灯が点灯される。次いでステップ７２では昇温制御が完了したか否かが判別され、昇温制御が完了したときにはステップ７３に進んで昇温フラグがリセットされる。
次に図３０を参照しつつ炭化水素の噴射制御ルーチンについて説明する。
図３０を参照すると、まず初めにステップ８０において昇温フラグがセットされているか否かが判別される。昇温フラグがセットされていないときにはステップ８１に進んで異常フラグがセットされているか否かが判別される。異常フラグがセットされていないときにはステップ８２に進んで新たなＮＯ_Ｘ浄化方法が実行される。
即ち、まず初めにステップ８２において図１９に示すマップから噴射時間Ｗが算出され、次いでステップ８３ではこの噴射時間Ｗに増量係数Ｋを乗算することによって最終的な噴射時間ＷＴが算出される。なお、通常はＫ＝１．０であり、従って通常最終的な噴射時間ＷＴはマップから算出された噴射時間Ｗとされる。次いでステップ８４では機関の運転状態に応じた噴射周期ΔＴが算出される。次いでステップ８５では炭化水素供給弁１５から噴射周期ΔＴでもって噴射時間ＷＴの間、炭化水素が噴射される。
一方、ステップ８０において昇温フラグがセットされていると判断されたときにはステップ８６に進んで昇温制御が行われる。即ち、まず初めにステップ８６において図２１に示すマップから噴射時間ＷＨが算出され、次いでステップ８７ではこの噴射時間ＷＨに増量係数Ｋを乗算することによって最終的な噴射時間ＷＴが算出される。なお、増量係数Ｋの値は通常１．０であり、この増量係数Ｋの値Ｋはノズル口１５ａが目詰まりを生ずると増大する。次いでステップ８８では機関の運転状態に応じた噴射周期ΔＴが算出され、次いでステップ８９では炭化水素供給弁１５から噴射周期ΔＴでもって噴射時間ＷＴの間、炭化水素が噴射される。
一方、ステップ８２において異常フラグがセットされていると判断されたときにはステップ９０に進んで図７Ａ，７Ｂから図１１に示されるＮＯ_Ｘ吸蔵還元作用を利用したＮＯ_Ｘ浄化方法が行われる。
なお、別の実施例として排気浄化触媒１３上流の機関排気通路内に炭化水素を改質させるための酸化触媒を配置することもできる。

４…吸気マニホルド
５…排気マニホルド
７…排気ターボチャージャ
１２…排気管
１３…排気浄化触媒
１４…パティキュレートフィルタ
１５…炭化水素供給弁

Claims (8)

1. 炭化水素を供給するための炭化水素供給弁を機関排気通路内に配置し、炭化水素供給弁下流の機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘと改質された炭化水素とを反応させるための排気浄化触媒を配置し、該排気浄化触媒の排気ガス流通表面上には貴金属触媒が担持されていると共に該貴金属触媒周りには塩基性の排気ガス流通表面部分が形成されており、該排気浄化触媒は、炭化水素供給弁から予め定められた量の炭化水素を予め定められた供給周期で噴射すると排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘを還元する性質を有すると共に、炭化水素の供給周期を該予め定められた供給周期よりも長くすると排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘの吸蔵量が増大する性質を有しており、炭化水素供給弁のノズル口の目詰まりの度合を検出する目詰まり度合検出手段を具備しており、機関運転時に炭化水素供給弁から該予め定められた量の炭化水素を該予め定められた供給周期で噴射し、このとき該目詰まり度合検出手段により検出された炭化水素供給弁のノズル口の目詰まり度合からＮＯ_Ｘ浄化率を推定するようにした内燃機関の排気浄化装置。
2. 炭化水素供給弁のノズル口の目詰まり度合が予め定められた度合を越えたときにＮＯ_Ｘ浄化率が許容ＮＯ_Ｘ浄化率以下になったと判断される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. ＮＯ_Ｘ浄化率が上記許容ＮＯ_Ｘ浄化率以下になったと判断されたときに排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を上記予め定められた供給周期よりも長い周期でもってリーンからリッチに切換えることによりＮＯ_Ｘを浄化する別のＮＯ_Ｘ浄化方法へとＮＯ_Ｘ浄化方法を切換えるようにした請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 上記予め定められた度合は吸入空気量が増大するほど小さくされる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 上記炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射時間を増大することによって機関排気通路内に配置された触媒又はパティキュレートフィルタの温度を目標温度まで昇温させる昇温制御が行われ、上記目詰まり度合検出手段は、該昇温制御が行われているときの該炭化水素の噴射時間の増大量から目詰まり度合を検出する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 上記貴金属触媒により排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘと改質された炭化水素とが反応して窒素および炭化水素を含む還元性中間体が生成されると共に生成された還元性中間体が上記塩基性の排気ガス流通表面部分上に保持され、該塩基性の排気ガス流通表面部分上に保持された還元性中間体の還元作用によりＮＯ_Ｘが還元され、上記炭化水素の予め定められた供給周期は還元性中間体を生成し続けるのに必要な供給周期である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 上記貴金属触媒は白金Ｐｔと、ロジウムＲｈおよびパラジウムＰｄの少くとも一方とにより構成される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 上記排気浄化触媒の排気ガス流通表面上にアルカリ金属又はアルカリ土類金属又は希土類又はＮＯ_Ｘに電子を供与しうる金属を含む塩基性層が形成されており、該塩基性層の表面が上記塩基性の排気ガス流通表面部分を形成している請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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