JP5880776B2 - 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。

機関排気通路内に排気浄化触媒を配置すると共に排気浄化触媒上流の機関排気通路内に炭化水素供給弁を配置し、排気浄化触媒は、排気浄化触媒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、炭化水素濃度の振動周期を予め定められた範囲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、炭化水素供給弁から予め定められた噴射周期でもって炭化水素を噴射することにより排気ガス中に含まれるNO_xを浄化する第１のNO_x浄化方法と、排気浄化触媒に吸蔵されたNO_xが許容値を超えたときに排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにして排気浄化触媒から吸蔵NO_xを放出させる第２のNO_x浄化方法とが選択的に用いられている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、第２のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が行われているときに、排気浄化触媒からNO_xを放出すべきときには排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。このとき排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするためのリッチ制御として、気筒内においてリッチ空燃比の燃焼ガスを生成させる筒内リッチ制御が用いられている。更に、この内燃機関では、排気浄化触媒からＳO_xを放出すべきときにも排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。しかしながら、この内燃機関では、このとき炭化水素供給弁から炭化水素を供給することによって排気ガスの空燃比をリッチにする排気リッチ制御を用いているのか、或いは上述の筒内リッチ制御を用いているのかが不明である。

ＷＯ２０１１/１１８０４４Ａ１

さて、排気浄化触媒からＳO_xを放出させるときには、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を間欠的にリッチにして排気浄化触媒の温度をＳO_x放出温度まで上昇させることが必要となる。一方、第１のNO_x浄化方法は、排気浄化触媒の温度が高くなる機関高負荷運転時においても高いNO_x浄化率を得ることができるので、機関高負荷運転時には第１のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が行われる。ところが機関高負荷運転時にはスモークが発生しやすく、従って、第１のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が継続的に行われていると、炭化微粒子等からなるデポジットが排気浄化触媒の上流側端面に次第に堆積することになる。ところが、このように、デポジットが排気浄化触媒の上流側端面に堆積している場合に、排気浄化触媒の温度をＳO_x放出温度まで上昇させるべく炭化水素供給弁から炭化水素を噴射して排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにさせると、噴射された炭化水素はデポジット上に付着し、良好に燃焼しなくなる。その結果、排気浄化触媒の温度がＳO_x放出温度まで上昇させることができず、従って排気浄化触媒からＳO_xを良好に放出させることができないという問題を生ずる。
本発明の目的は、第１のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が継続的に行われていた場合であっても、排気浄化触媒の温度を良好に上昇させ得るようにした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、機関排気通路内に排気浄化触媒を配置すると共に排気浄化触媒上流の機関排気通路内に炭化水素供給弁を配置し、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、排気浄化触媒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、炭化水素濃度の振動周期を予め定められた範囲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、炭化水素供給弁からこの予め定められた範囲内の周期でもって炭化水素を噴射することにより排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘを浄化するようにした内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするためのリッチ制御として、気筒内においてリッチ空燃比の燃焼ガスを生成させる筒内リッチ制御と炭化水素供給弁から炭化水素を供給することによって排気ガスの空燃比をリッチにする排気リッチ制御とを選択的に用い、排気浄化触媒からＳＯ_Ｘを放出すべきときには、初めに筒内リッチ制御により排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにして排気浄化触媒の上流側端面に堆積したデポジットを燃焼させ、次いで排気リッチ制御により排気浄化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の排気浄化装置が提供される。

筒内リッチ制御が行われると機関からは軽質の炭化水素が排出され、この軽質の炭化水素が排気浄化触媒に送り込まれると、排気浄化触媒の上流側端面に堆積したデポジットはこの軽質の炭化水素によって良好に燃焼せしめられる。本発明では、上述のように、排気浄化触媒からＳＯ_Ｘを放出すべきときには、初めに筒内リッチ制御により排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。従って、このときデポジットは良好に燃焼せしめられ、それにより排気浄化触媒の温度が良好に上昇せしめられる。

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Ｒ１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を示す図である。 図９はNO_x浄化率Ｒ２を示す図である。 図１０は炭化水素の噴射周期ΔＴとNO_x浄化率Ｒ１との関係を示す図である。 図１１Ａおよび１１Ｂは炭化水素の噴射量等を示すマップである。 図１２はNO_x放出制御を示す図である。 図１３は排出NO_x量NOXAのマップを示す図である。 図１４は燃料噴射時期を示す図である。 図１５は追加の燃料量WRのマップを示す図である。 図１６はNO_x浄化率Ｒ１およびＲ２を示す図である。 図１７Ａおよび１７Ｂは排気浄化触媒床の温度を説明するための図である。 図１８はNO_x浄化制御のタイムチャートを示す図である。 図１９はＳO_x浄化制御のタイムチャートを示す図である。 図２０はNO_x浄化を行うためのフローチャートである。 図２１はＳO_x放出制御を行うためのフローチャートである。 図２２Ａおよび２２Ｂは夫々筒内リッチ制御および排気リッチ制御が可能な機関運転領域を示す図である。

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内にはアクチュエータにより駆動されるスロットル弁10が配置され、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、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の入口に連結される。本発明による実施例では、この排気浄化触媒13はNOx吸蔵触媒からなる。排気浄化触媒13の出口はパティキュレートフィルタ14に連結され、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の周りには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。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の上流には排気浄化触媒13に流入する排気ガスの温度を検出するための温度センサ23が配置されており、排気浄化触媒13の下流には排気浄化触媒13から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ24が配置されている。これら温度センサ23、24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の駆動用アクチュエータ、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、図１に示される排気浄化触媒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上には白金Ptからなる貴金属触媒51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なくとも一つを含む塩基性層53が形成されている。また、排気浄化触媒13の触媒担体50上には白金Ptに加えてロジウムRh或いはパラジウムPdを担持させることができる。なお、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。

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は貴金属触媒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を周期的にリッチにしたときの排気浄化触媒13によるNO_x浄化率Ｒ１を排気浄化触媒13の各触媒温度TCに対して示している。さて、長期間に亘るNO_x浄化に関する研究の結果、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350℃以上の高温領域においても極めて高いNO_x浄化率Ｒ１が得られることが判明している。

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Ｒ１を得る上で中心的役割を果していることが判明している。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への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチにされたとき、即ち排気浄化触媒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。このとき排気ガス中に含まれるNOの一部は排気浄化触媒13上に付着し、排気ガス中に含まれるNOの一部は図６Ａに示されるように白金51上において酸化されてNO₂となり、次いでこのNO₂は更に酸化されてNO₃となる。また、NO₂の一部はNO₂ ^-となる。従って白金Pt51上にはNO₂ ^- とNO₃とが生成されることになる。排気浄化触媒13上に付着しているNOおよび白金Pt51上において生成されたNO₂ ^-とNO₃は活性が強く、従って以下これらNO、NO₂ ^-およびNO₃を活性NO_x ^*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て排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチにされるとこの炭化水素は排気浄化触媒13の全体に亘って順次付着する。これら付着した炭化水素の大部分は順次酸素と反応して燃焼せしめられ、付着した炭化水素の一部は順次、図３に示されるように排気浄化触媒13内において改質され、ラジカルとなる。従って、図６Ｂに示されるように活性NO_x ^*周りの炭化水素濃度が高くなる。ところで活性NO_x ^*が生成された後、活性NO_x ^*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_x ^*は酸化され、硝酸イオンNO₃ ^-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_x ^*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_x ^*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-NO₂であると考えられる。このニトロ化合物R-NO₂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-NH₂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-NH₂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に炭化水素HCが付着しているときには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し、次いで還元性中間体の周りに付着している炭化水素が酸化せしめられて消滅し、それにより還元性中間体周りの酸素濃度が高くなると、還元性中間体は排気ガス中のNO_xや活性NO_x ^*と反応するか、周囲の酸素と反応するか、或いは自己分解する。それによって還元性中間体R-NCOやR-NH₂は図６Ａに示されるようにＮ₂，CO₂，H₂Oに変換せしめられ、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下させた後、酸素濃度が高くなったときに還元性中間体が排気ガス中のNO_xや活性NO_x ^*や酸素と反応し、或いは自己分解し、それにより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排気ガス中のNO_xや活性NO_x ^*や酸素と反応させ、或いは自己分解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R-NCOやR-NH₂が排気ガス中のNO_xや活性NO_x ^*や酸素と反応するまで、或いは自己分解するまでこれら還元性中間体を塩基性層53上に、即ち塩基性排気ガス流通表面部分54上に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54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_x ^*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-NH₂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が担持されており、生成された還元性中間体R-NCOやR-NH₂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-NH₂はＮ₂，CO₂，H₂Oに変換せしめられ、炭化水素濃度の振動周期は還元性中間体R-NCOやR-NH₂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、即ち炭化水素供給弁15からの炭化水素HCの噴射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-NH₂が消滅し、このとき白金Pt53上において生成された活性NO_x ^*は図７Ａに示されるように硝酸イオンNO₃ ^-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（NO₃ ^-→NO₂）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NO₃ ^-となって図７Ｂに示されるようにNO₂の形で塩基性層53から放出される。次いで放出されたNO₂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。

図８は塩基性層53のNO_x吸収能力が飽和する少し前に排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inを一時的にリッチにするようにした場合を示している。なお、図８に示す例ではこのリッチ制御の時間間隔は１分以上である。この場合には排気ガスの空燃比（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は、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inが一時的にリッチにされたときに塩基性層53から一気に放出されて還元される。従ってこの場合には塩基性層53はNO_xを一時的に吸収するための吸収剤の役目を果している。

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９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Ｒ２を示している。なお、図９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をこのようにNO_x吸蔵触媒として機能させた場合には図９において実線で示されるように触媒温度TCが250℃から300℃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350℃以上の高温になるとNO_x浄化率Ｒ２が低下する。

このように触媒温度TCが350℃以上になるとNO_x浄化率Ｒ２が低下するのは、触媒温度TCが350℃以上になるとNO_xが吸蔵されずらくなり、かつ硝酸塩が熱分解してNO₂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Ｒ２を得るのは困難である。しかしながら図４から図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Ｒ１が得られることになる。

本発明による実施例では、この新たなNO_x浄化方法を用いてNO_ｘを浄化しうるように、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が担持されていると共に貴金属触媒51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、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、炭化水素濃度の振動周期をこの予め定められた範囲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、機関運転時に炭化水素供給弁15から予め定められた噴射周期でもって炭化水素を噴射し、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。なお、この新たなNO_x浄化方法を以下、第１のNO_x浄化方法と称する。

さて、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周期ΔＴが長くなると炭化水素が噴射された後、次に炭化水素が噴射される間において、活性NO_x ^*周りの酸素濃度が高くなる期間が長くなる。この場合、図１に示される実施例では、炭化水素の噴射周期ΔＴが５秒程度よりも長くなると活性NO_x ^*が硝酸塩の形で塩基性層53内に吸収され始め、従って図１０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Ｒ１が低下することになる。従って図１に示される実施例では、炭化水素の噴射周期ΔＴは５秒以下とする必要がある。

一方、本発明による実施例では、炭化水素の噴射周期ΔＴがほぼ0.3秒以下になると噴射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１０に示されるように炭化水素の噴射周期ΔＴがほぼ0.3秒以下になるとNO_x浄化率Ｒ１が低下する。そこで本発明による実施例では、炭化水素の噴射周期が0.3秒から５秒の間とされている。

さて、本発明による実施例では、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われているときには、炭化水素供給弁15からの炭化水素噴射量および噴射時期を変化させることによって排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inおよび噴射周期ΔＴが機関の運転状態に応じた最適値となるように制御される。この場合、本発明による実施例では、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われているときの最適な炭化水素噴射量ＷＴが、燃料噴射弁３からの噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として図１１Ａに示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されており、また、このときの最適な炭化水素の噴射周期ΔＴも燃料噴射弁３からの噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として図１１Ｂに示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されている。

次に図１２から図１５を参照しつつ排気浄化触媒13をNO_x吸蔵触媒として機能させた場合のNO_x浄化方法について具体的に説明する。このように排気浄化触媒13をNO_x吸蔵触媒として機能させた場合のNO_x浄化方法を以下、第２のNO_x浄化方法と称する。
この第２のNO_x浄化方法では図１２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が予め定められた第１の許容量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内に吸蔵された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が燃料噴射弁３からの噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として図１３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。この場合、前述したように排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチにされる周期は通常１分以上である。

この第２のNO_x浄化方法では図１４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Ｑに加え、追加の燃料WR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１４の横軸はクランク角を示している。この追加の燃料WR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。この燃料量WRは燃料噴射弁３からの噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として図１５に示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されている。このように、第２のNO_x浄化方法が行われている場合において、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすべきときには、燃焼室２内に追加の燃料ＷＲを供給することによって燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比がリッチにされる。

この場合、上述したように、燃焼室２内に供給された追加の燃料ＷＲは燃焼室２内において燃焼せしめられ、従って燃焼室２内にはこのときリッチ空燃比の燃焼ガスが生成されることになる。本発明では、このように気筒内においてリッチ空燃比の燃焼ガスを生成させ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をリッチにするようにしたリッチ制御を筒内リッチ制御と称する。一方、炭化水素供給弁15から排気ガス中に炭化水素を供給することによっても排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることもできる。本発明では、このように炭化水素供給弁15から炭化水素を供給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をリッチにするようにしたリッチ制御を排気リッチ制御と称する。本発明による実施例では、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするためのリッチ制御として、気筒内においてリッチ空燃比の燃焼ガスを生成させる筒内リッチ制御と炭化水素供給弁15から炭化水素を供給することによって排気ガスの空燃比をリッチにする排気リッチ制御とが選択的に用いられている。

図１６には、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われているときのNO_x浄化率Ｒ１と第２のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われているときのNO_x浄化率Ｒ２とが一緒に示されている。なお、図１６において、Ｔｍは、NO_x浄化率Ｒ１とNO_x浄化率Ｒ２とが等しくなるときの排気浄化触媒13の温度TC１を示している。本発明による実施例では、触媒温度TCがＴｍよりも低いときには高い方のNO_x浄化率Ｒ２が得られる第２のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われ、触媒温度TCがＴｍよりも高いときには高い方のNO_x浄化率Ｒ１が得られる第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われる。

ところで、排気浄化触媒13には、NO_xに加えて、排気ガス中に含まれているＳO_xが吸蔵される。この場合、排気浄化触媒13へのＳO_xの吸蔵量が増大するとNO_x浄化率Ｒ１およびNO_x浄化率Ｒ２が共に低下する。即ち、第１のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が行われている場合には、ＳO_xの吸蔵量が増大すると排気浄化触媒13の排気ガス流通表面部分54の塩基性が弱まり、還元性中間体を良好に生成し保持することができなくなる。その結果、NO_x浄化率Ｒ１が低下することになる。一方、第２のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が行われている場合には、ＳO_xの吸蔵量が増大すると排気浄化触媒13が吸蔵し得るNO_x量が減少する。その結果、NO_x浄化率Ｒ２が低下することになる。従って、ＳO_xの吸蔵量が増大したときには排気浄化触媒13からＳO_xを放出させる必要がある。

この場合、排気浄化触媒13の温度TCを６００℃以上のＳO_x放出温度まで上昇させ、排気浄化触媒13の温度TCを６００℃以上のＳO_x放出温度に維持した状態でもって排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすると、排気浄化触媒13からＳO_xを放出させることができる。そこで本発明による実施例では、排気浄化触媒13に吸蔵されているＳO_x吸蔵量が予め定められた許容値ＳＭＡＸを超えたときには、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比を間欠的にリッチにして排気浄化触媒13の温度TCをＳO_x放出温度まで上昇させるようにしている。なお、燃料内には一定の割合でもって硫黄が含まれているので、供給される燃料量の積算値から排気浄化触媒13に吸蔵されるＳO_x量を算出することができる。

さて、図１６に示されるように、第１のNO_x浄化方法は、排気浄化触媒13の温度が高くなる機関高負荷運転時においても高いNO_x浄化率を得ることができる。従って、本発明による実施例では、機関高負荷運転時には第１のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が行われる。ところが機関高負荷運転時にはスモークが発生しやすく、従って、第１のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が継続的に行われると、炭化微粒子等からなるデポジットが排気浄化触媒13の上流側端面に次第に堆積することになる。一方、このとき、供給される燃料の積算値から算出される排気浄化触媒13へのＳO_x吸蔵量が所定値（許容値ＳＭＡＸ）を超えると、排気浄化触媒13からＳO_xを放出すべきときであるとして、排気浄化触媒13をＳO_x放出温度まで昇温するために排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。

この場合、炭化水素供給弁15から炭化水素を供給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をリッチにすると問題を生ずる。即ち、デポジットが排気浄化触媒13の上流側端面に堆積しているときに、炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射して排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにさせると、噴射された炭化水素はデポジット上に付着し、良好に燃焼しなくなる。その結果、排気浄化触媒13の温度がＳO_x放出温度まで上昇させることができず、従って排気浄化触媒13からＳO_xを良好に放出させることができないという問題を生ずる。

これに対してこのとき、筒内リッチ制御を行うと排気浄化触媒13の温度TCをＳO_x放出温度まで昇温することができるようになる。即ち、筒内リッチ制御が行われると機関からは軽質の炭化水素が排出され、この軽質の炭化水素が排気浄化触媒13に送り込まれる。このように軽質の炭化水素が排気浄化触媒13に送り込まれると、排気浄化触媒13の上流側端面に堆積したデポジットはこの軽質の炭化水素によって良好に燃焼せしめられ、従って排気浄化触媒13の温度が上昇する。図１７Ａは、このときの排気浄化触媒13内の触媒床温度を示している。図１７Ａに示されるように、筒内リッチ制御が行われると、排気浄化触媒13の上流側の触媒床温度が上昇し、排気浄化触媒13の上流側の触媒床温度がＳO_x放出温度になる。その結果、排気浄化触媒13の上流側からはＳO_xが良好に放出されることになる。

一方、図１７Ａに示されるように、筒内リッチ制御が行われても排気浄化触媒13の下流側の触媒床温度はＳO_x放出温度までは上昇しない。これに対して、排気浄化触媒13の上流側端面に堆積したデポジットが燃焼して消滅した後に炭化水素供給弁15から炭化水素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がリッチにされると、噴射された炭化水素のうちのかなりの部分の炭化水素が排気浄化触媒13の上流側端面に付着することなく排気浄化触媒13内の下流側に達し、排気浄化触媒13の下流側において燃焼せしめられる。その結果、排気浄化触媒13の下流側の触媒床温度がＳO_x放出温度まで上昇せしめられ、その結果、排気浄化触媒13の下流側からＳO_xが放出されることになる。図１７Ｂはこのときの排気浄化触媒13の触媒床温度を示している。筒内リッチ制御が行われた後に排気リッチ制御が行われると、排気浄化触媒13の全体から吸蔵されているＳO_xを放出させることができることになる。

そこで本発明では、機関排気通路内に排気浄化触媒13を配置すると共に排気浄化触媒13上流の機関排気通路内に炭化水素供給弁15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が担持されていると共に貴金属触媒51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、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、炭化水素濃度の振動周期をこの予め定められた範囲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15からこの予め定められた範囲内の周期でもって炭化水素を噴射することにより排気ガス中に含まれるNO_xを浄化するようにした内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするためのリッチ制御として、気筒内においてリッチ空燃比の燃焼ガスを生成させる筒内リッチ制御と炭化水素供給弁15から炭化水素を供給することによって排気ガスの空燃比をリッチにする排気リッチ制御とを選択的に用い、排気浄化触媒13からＳO_xを放出すべきときには、初めに筒内リッチ制御により排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにし、次いで排気リッチ制御により排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするようにしている。

この場合、本発明による実施例では、排気浄化触媒13の上流側に吸蔵されているＳO_xの放出作用が完了するまで筒内リッチ制御により排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされ、排気浄化触媒13の上流側に吸蔵されているＳO_xの放出作用が完了すると排気浄化触媒13の下流側に吸蔵されているＳO_xを放出させるために排気リッチ制御により排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。

図１８は、NO_x浄化制御のタイムチャートを示している。なお、図１８には、燃料噴射弁３からの追加燃料量ＷＲと、炭化水素供給弁15からの炭化水素量ＷＴと、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inの変化と、排気浄化触媒13への吸蔵NO_x量ΣNOXの変化と、排気浄化触媒13への吸蔵SO_x量ΣSOXの変化とが示されている。また、図１８には、吸蔵NO_x量に対する許容値ＭＡＸと吸蔵ＳO_x量に対する許容値ＳＭＡＸとが示されている。

前述したように、排気浄化触媒13の温度TCが図１６に示されるＴｍを超えると、第２のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用から第１のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用に切り替えられる。図１８からわかるように、第２のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が行われているときに吸蔵NO_x量ΣNOXが許容値ＭＡＸを超えると、筒内リッチ制御により排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチにされ、第１のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が行われているときには炭化水素供給弁15から炭化水素を周期的に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が周期的にリッチにされる。また、図１８には、第１のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が行われているときに吸蔵SO_x量ΣSOXが許容値ＳＭＡＸを超え、それによってＳO_x放出制御が開始された場合が示されている。このＳO_x放出制御が行われているときのタイムチャートが図１９に示されている。

図１９を参照すると、図１９には、燃料噴射弁３からの追加燃料量ＷＲと、炭化水素供給弁15からの炭化水素量ＷＴと、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inの変化と、排気浄化触媒13の上流側温度ＴＵと、排気浄化触媒13の下流側温度ＴＤとが示されている。図１９に示されるように、ＳO_x放出制御が開始されると、間欠的に筒内リッチ制御が行われ、それによって排気浄化触媒13の上流側温度ＴＵがＳO_x放出温度まで上昇せしめられる。次いで、排気リッチ制御が間欠的に行われ、それによって排気浄化触媒13の下流側温度ＴＤがＳO_x放出温度まで上昇せしめられる。

図２０は、電子制御ユニット30によって実行される排気浄化制御ルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図２０を参照するとまず初めにステップ60において、ＳO_xを放出すべきであることを示すＳO_x放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＳO_xを放出すべきであることを示すＳO_x放出フラグがセットされていない場合にはステップ61に進み、燃料噴射量Ｑに一定値Ｃを乗算した値をΣSOXに加算することによって排気浄化触媒13に吸蔵されている吸蔵NO_x量ΣNOXが算出される。次いで、ステップ62では、温度センサ23、24の検出値に基づいて算出された排気浄化触媒13の温度TCが図１６に示される触媒温度Ｔｍよりも高いか否かが判別される。触媒温度TCが温度Ｔｍよりも低いときには第２のNO_x浄化方法によるNO_ｘ浄化作用1を行うべきであると判別され、ステップ63に進んで第２のNO_ｘ浄化方法によるNO_ｘ浄化作用が行われる。

即ち、ステップ63では図１３に示すマップから単位時間当りの排出NO_ｘ量NOXAが算出される。次いでステップ64ではΣNOXに排出NO_ｘ量NOXAを加算することによって吸蔵NO_ｘ量ΣNOXが算出される。次いでステップ65では吸蔵NO_ｘ量ΣNOXが許容値MAXを越えたか否かが判別される。ΣNOX＞MAXになるとステップ66に進んで図１５に示すマップから追加の燃料量WRが算出され、次いでステップ66では追加の燃料の噴射作用が行われる。即ち、筒内リッチ制御が行われる。このとき、排気浄化触媒13に吸蔵されているNO_xが放出される。次いで、ステップ67ではΣNOXがクリアされる。

一方、ステップ62において、算出された触媒温度TCが図１６に示される触媒温度Ｔｍよりも高いと判別されたときには第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用を行うべきであると判断され、ステップ68に進んで第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われる。即ち、図１１Ａから炭化水素の噴射量ＷＴが算出され、図１１Ｂから炭化水素の噴射周期ΔＴが算出され、これら算出された噴射周期ΔＴおよび噴射量ＷＴに基づいて炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射される。次いで、ステップ69では、吸蔵SO_x量ΣSOXが許容値ＳＭＡＸを超えたか否かが判別される。吸蔵SO_x量ΣSOXが許容値ＳＭＡＸを超えていないときには処理サイクルを完了する。

これに対し、ステップ69において、吸蔵SO_x量ΣSOXが許容値ＳＭＡＸを超えたと判別されたときにはステップ70に進んで、第１のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が予め定められ一定時間以上、継続して行われていたか否かが判別される。第１のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が予め定められ一定時間以上、継続して行われていなかったときには、排気浄化触媒13の上流側端面上にデポジットが堆積していないと判断され、この場合はステップ71に進んで、従来より行われているＳO_x放出処理か行われる。例えば、このとき、炭化水素供給弁15から炭化水素を間欠的に噴射することによって、即ち排気リッチ制御間欠的に行うことによってＳO_xの放出処理が行われる。

一方、ステップ70において、第１のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が予め定められ一定時間以上、継続して行われていたと判別されたときには、排気浄化触媒13の上流側端面上にデポジットが堆積していると判断される。このときにはステップ72に進んでＳO_x放出フラグがセットされ、次いでステップ73に進んで本発明によるＳO_x放出制御が行われる。ＳO_x放出フラグが一旦セットされると、次の処理サイクルではステップ60からステップ73にジャンプする。ステップ73において行われるＳO_x放出制御が図２１に示されている。

図２１を参照すると、まず初めにステップ80において、排気浄化触媒13の上流側からのＳO_x放出作用が完了したことを示す上流側完了フラグがセットされているか否かが判別される。ＳO_x放出制御が開始されたときには、この上流側完了フラグがセットされていないのでステップ81に進み、触媒温度TCが、筒内リッチ制御に対して反応し得る活性温度T１以上、例えば１５０℃以上であるか否かが判別される。触媒温度TCが活性温度T１よりも高いときにはステップ82に進んで機関の運転状態が筒内リッチ制御の可能な運転領域であるか否かが判別される。このときに筒内リッチ制御が可能な運転領域が、図２２Ａにおいてハッチングで示されている。図２２Ａに示されるように、この筒内リッチ制御が可能な運転領域は燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎから定まる。

ステップ82において、機関の運転状態が、筒内リッチ制御の可能な運転領域にあると判断されたときには、ステップ83に進んで図１９に示される筒内リッチ制御が行われる。次いで、ステップ84では、排気浄化触媒13の上流側からのＳO_x放出作用が完了したか否か、例えば筒内リッチ制御が所定時間継続して行われたか否かが判別され、排気浄化触媒13の上流側からのＳO_x放出作用が完了したと判断されたときには、即ち排気浄化触媒13の上流側の再生が完了したときにはステップ85に進んで上流側完了フラグがセットされる。上流側完了フラグが一旦セットされると、次の処理サイクルではステップ80からステップ82に進む。

ステップ86では、触媒温度TCが、排気リッチ制御に対して反応し得る活性温度T２以上、例えば２００℃以上であるか否かが判別される。触媒温度TCが活性温度T２よりも高いときにはステップ87に進んで機関の運転状態が排気リッチ制御の可能な運転領域であるか否かが判別される。このときに排気リッチ制御が可能な運転領域が、図２２Ｂにおいてハッチングで示されている。図２２Ｂに示されるように、この排気リッチ制御が可能な運転領域は燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎから定まる。

ステップ87において、機関の運転状態が、排気リッチ制御の可能な運転領域にあると判断されたときには、ステップ88に進んで図１９に示される排気リッチ制御が行われる。次いで、ステップ89では、排気浄化触媒13の下流側からのＳO_x放出作用が完了したか否か、例えば排気リッチ制御が所定時間継続して行われたか否かが判別され、排気浄化触媒13の上流側からのＳO_x放出作用が完了したと判断されたときには、即ち排気浄化触媒13の下流側の再生が完了したときにはステップ90に進んで上流側完了フラグがリセットされる。次いでステップ91ではＳO_x放出フラグがリセットされ、次いでステップ92ではΣSOXがクリアされる。

上述の例では、筒内リッチ制御が所定時間継続して行われたときに排気浄化触媒13の上流側からのＳO_x放出作用が完了したと判断され、このとき筒内リッチ制御が終了せしめられて排気浄化触媒13の上流側からのＳO_x放出作用が終了せしめられる。また、この例では排気リッチ制御が所定時間継続して行われたときに排気浄化触媒13の下流側からのＳO_x放出作用が完了したと判断され、このとき排気リッチ制御が終了せしめられて排気浄化触媒13の下流側からのＳO_x放出作用が終了せしめられる。この場合、別の変形例においては、吸蔵SO_x量ΣSOXが第１の所定値を下回ったときに排気浄化触媒13の上流側からのＳO_x放出作用を終了させ、吸蔵SO_x量ΣSOXが第２の所定値を下回ったときに排気浄化触媒13の下流側からのＳO_x放出作用を終了させることもできる。また、更に別の変形例においては、排気浄化触媒13の上流側の上流側吸蔵SO_x量と排気浄化触媒13の下流側の下流側吸蔵SO_x量を個別に算出し、上流側吸蔵SO_x量が所定値を下回った場合に排気浄化触媒13の上流側からのＳO_x放出作用を終了させ、下流側吸蔵SO_x量が所定値を下回った場合に排気浄化触媒13の下流側からのＳO_x放出作用を終了させることもできる。

図２１に示されるＳO_x放出制御ルーチンからわかるように、本発明による実施例では、筒内リッチ制御を行い得る排気浄化触媒13の温度範囲と機関の運転領域が予め定められており、筒内リッチ制御を行うべきときに排気浄化触媒13の温度ＴＣと機関の運転状態が夫々筒内リッチ制御を行い得る予め定められた排気浄化触媒13の温度範囲（ＴＣ＞Ｔ１）および機関の運転領域（図２２Ａ）にあるときに筒内リッチ制御が行われる。更に、本発明による実施例では、排気リッチ制御を行い得る排気浄化触媒13の温度範囲と機関の運転領域が予め定められており、排気リッチ制御を行うべきときに排気浄化触媒13の温度ＴＣと機関の運転状態が夫々排気リッチ制御を行い得る予め定められた排気浄化触媒13の温度範囲（ＴＣ＞Ｔ１）および機関の運転領域（図２２Ｂ）にあるときに排気リッチ制御が行われる。

また、本発明による実施例では、炭化水素供給弁15から予め定められた範囲の周期でもって炭化水素を噴射することにより排気ガス中に含まれるNO_xを浄化する第１のNO_x浄化方法に加えて、排気浄化触媒13に吸蔵されたNO_xが予め定められた許容値を超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をリッチにして排気浄化触媒13から吸蔵NO_xを放出させる第２のNO_x浄化方法が用いられており、排気浄化触媒の温度ＴＣが予め定められた温度Ｔｍよりも高いときには第１のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が行われ、排気浄化触媒の温度ＴＣが予め定められた温度Ｔｍよりも低いときに該第２のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が行われる。更に、図２１に示されるＳO_x放出制御ルーチンからわかるように、排気浄化触媒13からＳO_xを放出すべきときに第１のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が継続して予め定められた時間以上行われていれば、初めに筒内リッチ制御を行い、次いで排気リッチ制御を行うことにより排気浄化触媒13からのＳO_xの放出作用が行われる。

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 (6)

1. 機関排気通路内に排気浄化触媒を配置すると共に排気浄化触媒上流の機関排気通路内に炭化水素供給弁を配置し、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、排気浄化触媒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、該炭化水素濃度の振動周期を該予め定められた範囲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、炭化水素供給弁から該予め定められた範囲内の周期でもって炭化水素を噴射することにより排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘを浄化するようにした内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするためのリッチ制御として、気筒内においてリッチ空燃比の燃焼ガスを生成させる筒内リッチ制御と炭化水素供給弁から炭化水素を供給することによって排気ガスの空燃比をリッチにする排気リッチ制御とを選択的に用い、排気浄化触媒からＳＯ_Ｘを放出すべきときには、初めに筒内リッチ制御により排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにして排気浄化触媒の上流側端面に堆積したデポジットを燃焼させ、次いで排気リッチ制御により排気浄化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の排気浄化装置。
2. 排気浄化触媒の上流側に吸蔵されているＳＯ_Ｘの放出作用が完了するまで該筒内リッチ制御により排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされ、排気浄化触媒の上流側に吸蔵されているＳＯ_Ｘの放出作用が完了すると排気浄化触媒の下流側に吸蔵されているＳＯ_Ｘを放出させるために該排気リッチ制御により排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 該筒内リッチ制御を行い得る排気浄化触媒の温度範囲と機関の運転領域が予め定められており、筒内リッチ制御を行うべきときに排気浄化触媒の温度と機関の運転状態が夫々筒内リッチ制御を行い得る該予め定められた排気浄化触媒の温度範囲および機関の運転領域にあるときに筒内リッチ制御が行われる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 該排気リッチ制御を行い得る排気浄化触媒の温度範囲と機関の運転領域が予め定められており、排気リッチ制御を行うべきときに排気浄化触媒の温度と機関の運転状態が夫々排気リッチ制御を行い得る該予め定められた排気浄化触媒の温度範囲および機関の運転領域にあるときに排気リッチ制御が行われる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 該炭化水素供給弁から予め定められた範囲の周期でもって炭化水素を噴射することにより排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘを浄化する第１のＮＯ_Ｘ浄化方法に加えて、排気浄化触媒に吸蔵されたＮＯ_Ｘが予め定められた許容値を超えたときに排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにして排気浄化触媒から吸蔵ＮＯ_Ｘを放出させる第２のＮＯ_Ｘ浄化方法が用いられており、排気浄化触媒の温度が予め定められた温度よりも高いときには該第１のＮＯ_Ｘ浄化方法によるＮＯ_Ｘ浄化作用が行われ、排気浄化触媒の温度が予め定められた温度よりも低いときには該第２のＮＯ_Ｘ浄化方法によるＮＯ_Ｘ浄化作用が行われ、排気浄化触媒からＳＯ_Ｘを放出すべきときに該第１のＮＯ_Ｘ浄化方法によるＮＯ_Ｘ浄化作用が継続して予め定められた時間以上行われていれば、初めに筒内リッチ制御を行い、次いで排気リッチ制御を行うことにより排気浄化触媒からのＳＯ_Ｘの放出作用が行われる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 排気浄化触媒からＳＯ_Ｘを放出すべきときには、初めに筒内リッチ制御により排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにして排気浄化触媒の上流側に吸蔵されているＳＯ_Ｘを放出させ、次いで排気リッチ制御により排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにして排気浄化触媒の下流側に吸蔵されているＳＯ_Ｘを放出させる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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