JP4003564B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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】
従来より、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯ_Ｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量が減少するＮＯ_Ｘ触媒を配置し、ＮＯ_Ｘ触媒上流の排気通路から分岐して延びるバイパス通路を設けると共に、バイパス通路内に流入する排気ガスの量を制御することによりＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量を制御するためのバイパス制御弁を設け、バイパス通路の分岐部分とＮＯ_Ｘ触媒間の排気通路内に、ＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給するための還元剤供給弁を配置し、バイパス制御弁によりＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量を一時的に減少させると共にこのとき還元剤供給弁から還元剤を供給するようにした内燃機関が知られている。
【０００３】
このように、還元剤供給弁から還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの量を減少させると、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比をリッチ又は理論空燃比に切り替えるのに必要な還元剤の量を低減することができる。また、このときＮＯ_Ｘ触媒における排気ガスの空間速度が低下するので、反応することなくＮＯ_Ｘ触媒を通過する還元剤を低減することができる。従って、還元剤を有効に利用できることになる。
【０００４】
このような内燃機関では、例えばＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの量が減少し始めてから後に元の量に戻るまで連続的に変化するようにバイパス制御弁を制御することができる。一方、還元剤供給弁から還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量には、還元剤の有効利用のために最適な量が存在する。従って、ＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量が還元剤の有効利用のために最適な量になる時期を予め求めておき、この時期に還元剤供給弁から還元剤を供給するのが好ましいことになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バイパス制御弁の性能にはバラツキがあり、従って還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量が上述した最適な量よりも多かったり少なかったりする恐れがある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、還元剤供給弁から還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量を最適に維持することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯ_Ｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量が減少するＮＯ_Ｘ触媒を配置すると共に、該ＮＯ_Ｘ触媒上流の排気通路内に、ＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給するための還元剤供給弁を配置し、ＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量を制御するための排気ガス量制御手段を設け、排気ガス量制御手段によりＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量を一時的に減少させると共にこのとき還元剤供給弁から還元剤を供給し、還元剤供給弁から還元剤が供給されたことにより変動しうる、ＮＯ_Ｘ触媒から排出された排気ガスの状態量を検出し、還元剤供給弁から還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量を該排気ガスの状態量に基づいて制御するようにしている。１番目の発明によれば更に、予め定められた基準時期から、還元剤供給弁から還元剤が供給されたことにより前記排気ガスの状態量にピークが現れるまでの時間が目標時間に一致するように、還元剤供給弁から還元剤が供給されるときにＮＯ _Ｘ 触媒内を流通する排気ガスの量を制御している。
また、前記課題を解決するために２番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯ _Ｘ を蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ _Ｘ を還元して蓄えているＮＯ _Ｘ の量が減少するＮＯ _Ｘ 触媒を配置すると共に、該ＮＯ _Ｘ 触媒上流の排気通路内に、ＮＯ _Ｘ 触媒に還元剤を供給するための還元剤供給弁を配置した内燃機関において、排気ガスがＮＯ _Ｘ 触媒内にその一端面を介し流入しＮＯ _Ｘ 触媒からその他端面を介し流出するように排気ガスを案内する順流位置と、排気ガスがＮＯ _Ｘ 触媒内にその他端面を介し流入しＮＯ _Ｘ 触媒からその一端面を介し流出するように排気ガスを案内する逆流位置との間で切り替え可能な切替弁を具備し、切替弁が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられそれによりＮＯ _Ｘ 触媒内を流通する排気ガスの量が一時的に低減されるときに還元剤供給弁から還元剤を供給し、還元剤供給弁から還元剤が供給されたことにより変動しうる、ＮＯ _Ｘ 触媒から排出された排気ガスの状態量を検出し、還元剤供給弁から還元剤が供給されるときにＮＯ _Ｘ 触媒内を流通する排気ガスの量を該排気ガスの状態量に基づいて制御するようにしている。
【０００８】
また、３番目の発明によれば１又は２番目の発明において、前記排気ガスの状態量が、排気ガス中の酸素濃度、排気ガスの温度、排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度、及び排気ガス中の還元剤濃度のうちから選ばれた少なくとも一つである。
【０００９】
また、４番目の発明によれば１又は２番目の発明において、前記排気ガスの状態量が目標量に一致するように、還元剤供給弁から還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量を制御している。
【００１０】
また、５番目の発明によれば１又は２番目の発明において、前記排気ガスの状態量が最も大きくなるように又は最も小さくなるように、還元剤供給弁から還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量を制御している。
【００１１】
また、６番目の発明によれば２番目の発明において、予め定められた基準時期から、還元剤供給弁から還元剤が供給されたことにより前記排気ガスの状態量にピークが現れるまでの時間が目標時間に一致するように、還元剤供給弁から還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量を制御している。
【００１２】
また、７番目の発明によれば１又は２番目の発明において、還元剤供給弁から還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量を制御する前に又はその後に、前記排気ガスの状態量に基づいて還元剤供給弁からの還元剤供給量を制御するようにしている。
【００１３】
また、８番目の発明によれば１番目の発明において、前記排気ガス量制御手段は、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの量を減少させてから元の量に戻すまで該排気ガスの量を連続的に変化させるようになっている。
【００１４】
また、９番目の発明によれば１番目の発明において、前記排気ガス量制御手段は、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの量を目標量まで減少させて一時的に保持し、次いで元の量に戻すようになっている。
また、１０番目の発明によれば２番目の発明において、ＮＯ _Ｘ 触媒内に蓄えられているＮＯ _Ｘ の量が予め定められた許容量を越えたときに、切替弁が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられる。
【００１５】
なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯのような還元剤との比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００１７】
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は排気ポートを夫々示す。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。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト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吸入空気が冷却される。
【００１８】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管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２０ａを介して触媒コンバータ２２に接続される。
【００１９】
図１と共に図２を参照すると、触媒コンバータ２２はステップモータ６０により駆動される切替弁６１を具備し、この切替弁６１の流入ポート６２に排気管２０ａの出口が接続される。また、流入ポート６２に対向する切替弁６１の流出ポート６３には触媒コンバータ２２の排気ガス排出管６４が接続される。切替弁６１は更に、流入ポート６２及び流出ポート６３を結ぶ直線の両側において互いに対向する一対の流入流出ポート６５，６６を有しており、これら流入流出ポート６５，６６には触媒コンバータ２２の環状排気管６７の両端がそれぞれ接続される。なお、排気ガス排出管６４の出口には排気管２３が接続される。
【００２０】
環状排気管６７は排気ガス排出管６４を貫通して延びており、環状排気管６７の排気ガス排出管６４内に位置する部分にはフィルタ収容室６８が形成される。このフィルタ収容室６８内には排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ６９が収容される。なお、図２において６９ａ及び６９ｂはパティキュレートフィルタ６９の一端面及び他端面をそれぞれ示している。
【００２１】
パティキュレートフィルタ６９の一端面６９ａを含む触媒コンバータ２２の部分縦断面図を示す図２（Ａ）、及び触媒コンバータ２２の部分横断面図を示す図２（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ６９はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気ガス通路７０，７１を具備する。これら排気ガス通路は一端が開放されかつ他端がシール材７２により閉塞されている排気ガス通路７０と、他端が開放されかつ一端がシール材７３により閉塞されている排気ガス通路７１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分はシール材７３を示している。これら排気ガス通路７０，７１は例えばコージェライトのような多孔質材から形成される薄肉の隔壁７４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス通路７０，７１は各排気ガス通路７０が４つの排気ガス通路７１によって包囲され、各排気ガス通路７１が４つの排気ガス通路７０によって包囲されるように配置される。
【００２２】
パティキュレートフィルタ６９上には後述するようにＮＯ_Ｘ触媒８１が担持されている。一方、切替弁６１の流出ポート６３と環状排気管６７が貫通している部分との間の排気ガス排出管６４内には触媒収容室７５が形成されており、この触媒収容室７５内にはハニカム構造の基材に担持された酸化能を有する補助触媒７６が収容される。
【００２３】
また、切替弁６１の流入流出ポート６５とパティキュレートフィルタ６９間の環状排気管６７にはパティキュレートフィルタ６９に還元剤を供給するための電気制御式還元剤供給弁７７が取り付けられる。還元剤供給弁７７には電気制御式の還元剤ポンプ７８から還元剤が供給される。本発明による実施例では還元剤として内燃機関の燃料即ち軽油が用いられている。なお、本発明による実施例では流入流出ポート６６とパティキュレートフィルタ６９間の環状排気管６７に還元剤供給弁が配置されていない。
【００２４】
更に図１を参照すると、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２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６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２６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００２５】
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２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００２６】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続された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及び出力ポート４６を具備する。燃料圧センサ２９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。パティキュレートフィルタ６９に関し還元剤供給弁７７と反対側に位置する環状排気管６７内にはこの環状排気管６７内を流通する排気ガスの状態量を検出するための状態量センサ４８が取り付けられ、状態量センサ４８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。排気管２０ａには排気管２０ａ内の圧力、即ち機関背圧を検出するための圧力センサ４９が取り付けられ、圧力センサ４９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。また、アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１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。更に入力ポート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５２が接続される。
【００２７】
一方、出力ポート４６は対応する駆動回路５３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２５、燃料ポンプ２８、切替弁駆動用ステップモータ６０、還元剤供給弁７７、及び還元剤剤ポンプ７８にそれぞれ接続され、これらは電子制御ユニット４０からの出力信号に基づいて制御される。
【００２８】
切替弁６１は通常、図３（Ｂ）において実線で示される位置と破線で示される位置とのうちいずれか一方に位置せしめられる。切替弁６１が図３（Ｂ）において実線で示される位置に位置せしめられると、流入ポート６２が切替弁６１によって流出ポート６３及び流入流出ポート６６との連通が遮断されながら流入流出ポート６５に連通され、流出ポート６３が切替弁６１によって流入流出ポート６６に連通される。その結果、図３（Ｂ）において実線の矢印で示されるように排気管２０ａ内を流通する全ての排気ガスが流入ポート６２及び流入流出ポート６５を順次介して環状排気管６７内に流入し、次いでパティキュレートフィルタ６９を通過した後に流入流出ポート６６及び流出ポート６３を順次介して排気ガス排出管６４内に流出する。
【００２９】
これに対し、切替弁６１が図３（Ｂ）において破線で示される位置に位置せしめられると、流入ポート６２が切替弁６１によって流出ポート６３及び流入流出ポート６５との連通が遮断されながら流入流出ポート６６に連通され、流出ポート６３が切替弁６１によって流入流出ポート６５に連通される。その結果、図３（Ｂ）において破線の矢印で示されるように排気管２０ａ内を流通する全ての排気ガスが流入ポート６２及び流入流出ポート６６を順次介して環状排気管６７内に流入し、次いでパティキュレートフィルタ６９を通過した後に流入流出ポート６５及び流出ポート６３を順次介して排気ガス排出管６４内に流出する。
【００３０】
このように切替弁６１の位置を切り替えることによって環状排気管６７内における排気ガスの流れが反転する。言い換えると、排気ガスがＮＯ_Ｘ触媒８１内にその一端面を介し流入しＮＯ_Ｘ触媒８１からその他端面を介し流出するように排気ガスを案内するか、又はＮＯ_Ｘ触媒８１内にその他端面を介し流入しＮＯ_Ｘ触媒８１からその一端面を介し流出するように排気ガスを案内するかを切り替え可能になっている。以下では、図３（Ｂ）において実線で示される排気ガスの流れを順流と称し、破線で示される排気ガスの流れを逆流と称することにする。また、図３（Ｂ）において実線で示される切替弁６１の位置を順流位置と称し、破線で示される切替弁６１の位置を逆流位置と称する。
【００３１】
流出ポート６６を介し排気ガス排出管６４内に流出した排気ガスは図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、次いで触媒７６を通過し、環状排気管６７の外周面に沿いつつ進行した後に排気管２３内に流出する。
【００３２】
パティキュレートフィルタ６９における排気ガスの流れを説明すると、順流時には排気ガスは一端面６９ａを介しパティキュレートフィルタ６９内に流入し、他端面６９ｂを介しパティキュレートフィルタ６９から流出する。このとき、排気ガスは一端面６９ａ内に開口している排気ガス通路７０内に流入し、次いで周囲の隔壁７４内を通って隣接する排気ガス通路７１内に流出する。一方、逆流時には排気ガスは他端面６９ｂを介しパティキュレートフィルタ６９内に流入し、一端面６９ａを介しパティキュレートフィルタ６９から流出する。このとき、排気ガスは他端面６９ｂ内に開口している排気ガス通路７１内に流入し、次いで周囲の隔壁７４内を通って隣接する排気ガス通路７０内に流出する。
【００３３】
パティキュレートフィルタ６９の隔壁７４上即ち例えば隔壁７４の両側面及び細孔内壁面上には、図４に示されるようにＮＯ_Ｘ触媒８１がそれぞれ担持されている。このＮＯ_Ｘ触媒８１は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウム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と、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。
【００３４】
ＮＯ_Ｘ触媒は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはＮＯ_Ｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【００３５】
ＮＯ_Ｘ触媒の蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【００３６】
即ち、ＮＯ_Ｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（ＮＯ＋Ｏ_２→ＮＯ_２＋Ｏ^＊、ここでＯ^＊は活性酸素）。次いで生成されたＮＯ_２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_Ｘ触媒内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形でＮＯ_Ｘ触媒内に拡散する。このようにしてＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられる。
【００３７】
これに対し、ＮＯ_Ｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ_２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ＋２Ｏ^＊）に進み、斯くしてＮＯ_Ｘ触媒内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯの形でＮＯ_Ｘ触媒から放出される。この放出されたＮＯ_Ｘは排気ガス中に還元剤即ちＨＣ，ＣＯが含まれているとこれらＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ_Ｘが存在しなくなるとＮＯ_Ｘ触媒から次から次へとＮＯ_Ｘが放出されて還元され、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘの量が次第に減少する。
【００３８】
なお、硝酸塩を形成することなくＮＯ_Ｘを蓄え、ＮＯ_Ｘを放出することなくＮＯ_Ｘを還元することも可能である。また、活性酸素Ｏ^＊に着目すれば、ＮＯ_Ｘ触媒はＮＯ_Ｘの蓄積及び放出に伴って活性酸素Ｏ^＊を生成する活性酸素生成触媒と見ることもできる。
【００３９】
一方、補助触媒７６は本発明による実施例では、アルカリ金属、アルカリ土類、及び希土類を含むことなく貴金属例えば白金Ｐｔを含む貴金属触媒から形成される。しかしながら、補助触媒７６を上述したＮＯ_Ｘ触媒から形成してもよい。
【００４０】
ここで、パティキュレートフィルタ６９は環状排気管６７のほぼ中央部に配置されており、即ち切替弁６１の流入ポート６２からパティキュレートフィルタ６９までの距離と、パティキュレートフィルタ６９から流出ポート６３までの距離とが切替弁６１が順流位置にあるときと逆流位置にあるときとでほとんど変わらない。このことはパティキュレートフィルタ６９の状態例えば温度が切替弁６１が順流位置にあるときと逆流位置にあるときとでほとんど変わらないことを意味しており、従って切替弁６１の位置に応じた特別な制御を必要としない。
【００４１】
本発明による実施例では、状態量センサ４８が排気ガス中の酸素濃度ＣＯＸに比例した出力電圧を発生する酸素濃度センサから構成されている。即ち、酸素濃度センサ４８は切替弁６１が順流位置にあるときにはＮＯ_Ｘ触媒８１から流出した排気ガス中の酸素濃度を検出し、切替弁６１が逆流位置にあるときにはＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガス中の酸素濃度を検出する。この酸素濃度センサ４８の出力ＯＰの一例が図５に示されている。なお、酸素濃度センサ４８の出力ＯＰはＮＯ_Ｘ触媒８１から流出する排気ガスの空燃比を表しており、出力ＯＰがゼロの場合にはＮＯ_Ｘ触媒８１から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比である場合に、正値の場合にはリーンの場合に、負値の場合にはリッチの場合に、それぞれ相当する。
【００４２】
さて、上述したように順流時であろうと逆流時であろうと排気ガスはパティキュレートフィルタ６９を通過する。また、図１に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、従ってパティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持されている。その結果、排気ガス中のＮＯ_Ｘはパティキュレートフィルタ６９上のＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられる。
【００４３】
時間の経過と共にＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＮＯ_Ｘ量は次第に増大する。そこで本発明による実施例では、例えばＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＮＯ_Ｘ量が許容量を越えたときには、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられているＮＯ_Ｘを還元しＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を減少させるために、還元剤供給弁７７からＮＯ_Ｘ触媒８１に還元剤を一時的に供給する蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御を行うようにしている。
【００４４】
図７を参照しつつ図６に示される蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御ルーチンを参照して蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御を具体的に説明すると、まずステップ２００ではＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＮＯ_Ｘ量ＱＮが算出される。この蓄積ＮＯ_Ｘ量ＱＮは例えばＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯ_Ｘ触媒８１内に単位時間当たり流入したＮＯ_Ｘ量の積算値に基づいて求めることができる。続くステップ２０１では蓄積ＮＯ_Ｘ量ＱＮが許容量ＱＮ１よりも多いか否かが判別される。ＱＮ≦ＱＮ１のときには処理サイクルを終了し、ＱＮ＞ＱＮ１のときには次いでステップ２０２に進んで切替弁６１を順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えながら、還元剤供給弁７７から還元剤が１回だけ噴射される。
【００４５】
即ち、ＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＮＯ_Ｘ量が許容量を越えると、図７にＸで示される時期に切替弁６１を例えば逆流位置から順流位置に切り替えるべき信号が発せられ、切替弁６１が逆流位置から順流位置に切り替えられる。切替弁６１が逆流位置から順流位置に切り替えられる際に、流入ポート６２と流出ポート６３とが一時的に直接的に接続される。このため、切替弁６１が例えば逆流位置から順流位置に切り替えられるときには、図７に示されるようにＮＯ_Ｘ触媒８１内を逆流方向に流通する排気ガスの量が次第に減少し、ＮＯ_Ｘ触媒８１を迂回する排気ガスの量が次第に増大する。次いで、ＮＯ_Ｘ触媒８１内を流通する排気ガスの量が一旦ゼロになった後に、ＮＯ_Ｘ触媒８１内を順流方向に流通する排気ガスの量が次第に増大し、ＮＯ_Ｘ触媒８１を迂回する排気ガスの量が次第に減少する。即ち、切替弁６１を順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えるとＮＯ_Ｘ触媒８１内を順流方向に流通する排気ガスの量を一時的に低減することができ、このとき還元剤供給弁７７から還元剤を供給すれば、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするのに必要な還元剤の量を低減することができることになる。また、このときＮＯ_Ｘ触媒８１内における排気ガスの空間速度が低下するのでＮＯ_Ｘ触媒８１内における還元剤の滞留時間が長くなり、従って還元剤を有効に利用できることにもなる。なお、ＮＯ_Ｘ触媒８１に供給された還元剤は順流方向の排気ガス流れによってＮＯ_Ｘ触媒８１全体に拡散せしめられる。
【００４６】
本発明による実施例では、基準時期から時間ｔＣだけ経過したときに供給時間ｔＦＮだけ還元剤が供給され、このとき排気ガスがＮＯ_Ｘ触媒８１内を順流方向にわずかな量ＱＥＸＡだけ流通している。このＱＥＸＡはＮＯ_Ｘを還元しかつ蓄積ＮＯ_Ｘ量を減少させるために最適な排気ガス流量であり、従って還元剤供給弁７７還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒８１内を流通する排気ガスの量が最適量ＱＥＸＡになるように経過時間ｔＣが予め設定されているということになる。なお、切替弁６１が順流位置から逆流位置に切り替えられるときのｔＣと、逆流位置から順流位置に切り替えられるときのｔＣとは若干異なる。しかしながら、以下ではこれらｔＣをひとまとめにして説明することにする。
【００４７】
上述した基準時期はどのように定めてもよいが、本発明による実施例では図７に矢印Ｘで示される、切替弁６１を順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えるべき信号が発せられた時期に設定されている。
【００４８】
ところで、排気ガス中にはイオウ分がＳＯ_Ｘの形で含まれており、ＮＯ_Ｘ触媒８１内にはＮＯ_ＸばかりでなくＳＯ_Ｘも蓄えられる。このＳＯ_ＸのＮＯ_Ｘ触媒８１内への蓄積メカニズムはＮＯ_Ｘの蓄積メカニズムと同じであると考えられる。即ち、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると、ＮＯ_Ｘ触媒８１に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには上述したように酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気ガス中のＳＯ_２は白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＳＯ_３となる。次いで生成されたＳＯ_３は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_Ｘ触媒８１内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ_４ ⁻の形でＮＯ_Ｘ触媒８１内に拡散する。この硫酸イオンＳＯ_４ ⁻は次いでバリウムイオンＢａ^＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ_４を生成する。
【００４９】
この硫酸塩ＢａＳＯ_４は分解しにくく、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比をただ単にリッチにしてもＮＯ_Ｘ触媒８１内の硫酸塩ＢａＳＯ_４の量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてＮＯ_Ｘ触媒８１内の硫酸塩ＢａＳＯ_４の量が増大し、その結果ＮＯ_Ｘ触媒８１が蓄えうるＮＯ_Ｘの量が減少することになる。
【００５０】
ところが、ＮＯ_Ｘ触媒８１の温度を５５０℃以上に維持しつつＮＯ_Ｘ触媒８１に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチにすると、ＮＯ_Ｘ触媒８１内の硫酸塩ＢａＳＯ_４が分解してＳＯ_３の形でＮＯ_Ｘ触媒８１から放出される。この放出されたＳＯ_３は排気ガス中に還元剤即ちＨＣ，ＣＯが含まれているとこれらＨＣ，ＣＯと反応してＳＯ_２に還元せしめられる。このようにしてＮＯ_Ｘ触媒８１内に硫酸塩ＢａＳＯ_４の形で蓄えられているＳＯ_Ｘの量が次第に減少し、このときＮＯ_Ｘ触媒８１からＳＯ_ＸがＳＯ_３の形で流出することがない。
【００５１】
そこで本発明による実施例では、例えばＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量が許容量を越えたときには、ＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量を減少させるために、ＮＯ_Ｘ触媒８１に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチに維持しつつＮＯ_Ｘ触媒８１の温度をＳＯ_Ｘ量減少要求温度ＴＮＳ例えば５５０℃以上に維持する蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うようにしている。
【００５２】
図９及び図１０を参照しつつ図８に示される蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御ルーチンを参照して蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を具体的に説明すると、まずステップ２１０ではＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが算出される。この蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳは燃料噴射弁６から供給された燃料及び還元剤供給弁７７から供給された還元剤（燃料）の積算値に基づいて求めることができる。続くステップ２１１では蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが許容量ＱＳ１よりも多いか否かが判別される。ＱＳ≦ＱＳ１のときには処理サイクルを終了し、ＱＳ＞ＱＳ１のときには次いでステップ２１２に進み、図９に示されるように切替弁６１が例えば順流位置から図１０に示されるような弱順流位置に切り替えられ保持しながら、還元剤供給弁７７から還元剤が供給される。
【００５３】
切替弁６１が弱順流位置に保持されると、図１０に矢印で示されるように排気管２０ａ内を流通した排気ガスのうち一部の排気ガスが流入流出ポート６５を介し環状排気管６７内に流入し、次いでＮＯ_Ｘ触媒８１内を順流方向に流通し、残りの排気ガスが流入ポート６２から流出ポート６３を介し直接的に排気ガス排出管６４内に流出し即ちＮＯ_Ｘ触媒８１を迂回して補助触媒７６内に流入する。従って、この場合にもＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの量を減少させながら、ＮＯ_Ｘ触媒８１に還元剤を供給しているということになる。
【００５４】
蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御では図９に示されるように還元剤が供給時間ｔＦＳだけ供給される。この供給時間ｔＦＳはＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの平均空燃比を例えばわずかばかりリッチに維持しつつＮＯ_Ｘ触媒８１の温度をＳＯ_Ｘ量減少要求温度ＴＮＳ以上に維持するのに必要な供給時間である。
【００５５】
続くステップ２１３では、切替弁６１を弱順流位置に保持しつつ還元剤が供給されてから時間ｔＳだけ経過したか否かが判別される。この時間ｔＳはＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量をほぼゼロにするのに必要な時間であって、予め定められている。時間ｔＳだけ経過するまでステップ２１２に戻って切替弁６１を弱順流位置に保持しつつ還元剤が繰り返し供給され、時間ｔＳだけ経過するとステップ２１４に進んで切替弁６１が例えば順流位置に切り替えられる。即ち、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が完了される。
【００５６】
なお、切替弁６１が図９に示されるバイパス位置に保持されると、排気管２０ａ内を流通した全ての排気ガスが流入ポート６２から流出ポート６３を介し直接的に排気ガス排出管６４内に流出し即ちＮＯ_Ｘ触媒８１及びパティキュレートフィルタ６９を迂回し、排気ガスがＮＯ_Ｘ触媒８１内及びパティキュレートフィルタ６９内を流通しない。このように切替弁６１の流入ポート６２から流出ポート６３までの排気ガス流路はパティキュレートフィルタ６９を迂回するバイパス通路として作用しうることになる。
【００５７】
また、図９においてＯＰＡは酸素濃度センサ４８の出力ＯＰの平均値を表しており、図９に示される例では蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が行われているときの出力平均値ＯＰＡは負値になっている。更に、図９においてＤは切替弁６１の開弁割合ないし位置を表しており、即ち切替弁６１がバイパス位置にあるときにはＤ＝０となり、切替弁６１が順流位置に向かうにつれて開弁割合Ｄが大きくなる。従って、開弁割合Ｄが大きくなるつれてＮＯ_Ｘ触媒８１内を流通する排気ガスの量が多くなる。本発明による実施例では、ＮＯ_Ｘ触媒８１内を流通する排気ガスの量が、良好な蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うのに最適な量に保持されるように、弱順流位置を表す開弁割合Ｄが設定されている。
【００５８】
このように本発明による実施例の蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御では、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの量が目標となる最適量まで減少されて一時的に保持され、次いで元の量に戻されるということになる。これに対し、本発明による実施例の蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御では、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの量が減少されてから元の量に戻るまで連続的に変化されるということになる。なお、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御において、切替弁６１を順流位置から逆流位置に又はその逆に交互に繰り返し切り替えると共に、切替弁６１が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられるときに還元剤を供給するようにしてもよい。
【００５９】
一方、排気ガス中に含まれる主に炭素の固体からなる微粒子はパティキュレートフィルタ６９上に捕集される。即ち、概略的に説明すると、順流時には排気ガス通路７０側の隔壁７４の側面上及び細孔内に微粒子が捕集され、逆流時には排気ガス通路７１側の隔壁７４の側面上及び細孔内に微粒子が捕集される。図１に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、また、ＮＯ_Ｘ触媒８１は酸化能を有しているので、パティキュレートフィルタ６９の温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば２５０℃以上に維持されていれば、パティキュレートフィルタ６９上で微粒子が酸化せしめられ除去される。
【００６０】
この場合、上述したＮＯ_Ｘ触媒８１のＮＯ_Ｘの蓄積還元メカニズムによれば、ＮＯ_Ｘ触媒８１内にＮＯ_Ｘが蓄えられるときにもＮＯ_Ｘが放出されるときにも活性酸素が生成される。この活性酸素は酸素Ｏ_２よりも活性が高く、従ってパティキュレートフィルタ６９上に堆積している微粒子を速やかに酸化する。即ち、パティキュレートフィルタ６９上にＮＯ_Ｘ触媒８１を担持させると、パティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの空燃比がリーンであろうとリッチであろうとパティキュレートフィルタ６９上に堆積している微粒子が酸化される。このようにして微粒子が連続的に酸化される。
【００６１】
ところが、パティキュレートフィルタ６９の温度が微粒子を酸化しうる温度に維持されなくなるか又は単位時間当たりにパティキュレートフィルタ６９内に流入する微粒子の量がかなり多くなると、パティキュレートフィルタ６９上に堆積する微粒子の量が次第に増大し、パティキュレートフィルタ６９の圧損が増大する。そこで本発明による実施例では、例えばパティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量が許容最大量を越えたときには、パティキュレートフィルタ６９に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつパティキュレートフィルタ６９の温度を微粒子酸化要求温度ＴＮＰ例えば６００℃以上まで上昇し次いで微粒子酸化要求温度ＴＮＰ以上に維持する微粒子酸化制御が行われる。この微粒子酸化制御が行われるとパティキュレートフィルタ６９上に堆積した微粒子が着火燃焼せしめられ除去される。なお、図１に示される実施例では、切替弁６１が順流位置又は逆流位置に保持されているときに圧力センサ４９により検出される機関背圧が許容値を越えたときにパティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量が許容最大量を越えたと判断される。
【００６２】
ところで、本発明による実施例の蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御では上述したように、切替弁６１を切り替えるべき信号が発せられた時期Ｘから時間ｔＣだけ経過すると還元剤供給弁７７から還元剤が供給される。ところが、還元剤供給弁７７の性能にはバラツキがあり、実際の経過時間が正規の経過時間に一致しない場合がある。この場合、図１１のＹ１で示される例のように時期Ｘから還元剤が供給されるまでの経過時間が正規の経過時間よりも長いと、還元剤が供給されるときの排気ガス流量が最適量ＱＥＸＡよりも多くなり、その結果ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比を十分にリッチにできず、ＮＯ_Ｘ触媒８１内における排気ガスの空間速度を十分に低下させることができなくなる。また、図１１のＹ２で示される例のように時期Ｘから還元剤が供給されるまでの経過時間が正規の経過時間よりも短いと、排気ガスが逆流方向に流通しているときに還元剤が供給されることになり、従って還元剤がＮＯ_Ｘ触媒８１に到達できなくなる。
【００６３】
また、切替弁６１又は切替弁駆動用ステップモータ６０の性能にもバラツキがあり、時期Ｘから還元剤が実際に供給されるまでの経過時間が正規の経過時間に維持されているとしても、還元剤が供給されるときの実際の排気ガス流量が最適量ＱＥＸＡから逸脱する恐れがある。即ち、図１２のＺ１で示される例のように切替弁６１の切替速度が正規の切替速度ＶＡよりも高いと、上述した経過時間が長い場合と同様に、還元剤が供給されるときの排気ガス流量が最適量ＱＥＸＡよりも多くなり、図１２のＺ２で示される例のように切替速度が正規の切替速度ＶＡよりも低いと、経過時間が短い場合と同様に、還元剤が供給されるときに排気ガスが逆流方向に流通する。
【００６４】
同様に、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御では上述したように切替弁６１が弱順流位置に保持されるところ、このときの切替弁６１の開弁割合Ｄが正規の開弁割合に一致しない恐れがある。この場合、実際の開弁割合が正規の開弁割合よりも大きいと還元剤が供給されるときの排気ガス流量が最適量ＱＥＸＡよりも多くなり、実際の開弁割合が正規の開弁割合よりも小さいと還元剤が供給されるときの排気ガス流量が最適量ＱＥＸＡよりも少なくなる。
【００６５】
そこで本発明による実施例では、還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒８１内を順流方向に流通する排気ガスの量が最適な量に維持されるようにこの排気ガスの量を補正する排気ガス量補正制御を行うようにしている。
【００６６】
ＮＯ_Ｘ触媒８１に還元剤が供給されるとＮＯ_Ｘ触媒８１から流出する排気ガス中の酸素濃度が変動する。即ち、図７に示される例では、基準時期例えば切替弁６１を切り替えるべき信号が発せられた時期Ｘから時間ｔＰだけ経過すると、酸素濃度センサ４８の出力ＯＰが一時的に低下してピーク値がＰＫで表されるピークが発生する。或いは、出力ＯＰが一時的にＤＬＴだけ減少する。図９に示される例では、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が行われている間、酸素濃度センサ４８の出力平均値ＯＰＡが負値に維持される。
【００６７】
これらピーク値ＰＫ、減少分ＤＬＴ、ピークが発生するまでの経過時間ｔＰ、出力平均値ＯＰＡなどはＮＯ_Ｘ触媒８１内における還元剤の反応状態に依存し、この還元剤の反応状態は還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒８１内を流通している排気ガス量に依存する。従って、還元剤が供給されるときの排気ガス流量が最適量から逸脱しているか否かはＮＯ_Ｘ触媒８１から流出する排気ガス中の酸素濃度の変化に基づいて判断することができることになる。
【００６８】
そこで本発明による実施例では、還元剤供給弁７７から還元剤が供給されたことにより変動しうる、ＮＯ_Ｘ触媒８１から排出された排気ガスの酸素濃度を検出し、この酸素濃度に基づいて上述した排気ガス量補正制御を行うようにしている。
【００６９】
一方、還元剤供給弁７７から実際に供給される還元剤の量は供給時間に依存する。この供給時間も還元剤供給弁７７の性能のバラツキの影響を受け、即ち実際に供給された還元剤の量が正規の量から逸脱している恐れがある。
【００７０】
ところが、この場合にも、実際に供給された還元剤の量が正規の量から逸脱しているか否かはＮＯ_Ｘ触媒８１から流出する排気ガス中の酸素濃度変化に基づいて判断できる。
【００７１】
そこで本発明による実施例では、還元剤供給弁７７から還元剤が供給されたことにより変動しうる、ＮＯ_Ｘ触媒８１から排出された排気ガスの酸素濃度を検出し、この酸素濃度に基づき、還元剤供給弁７７から供給される還元剤の量が正規の量になるように、供給される還元剤の量を補正する還元剤量補正制御を行うようにしている。
【００７２】
次に、本発明による第１実施例を説明する。本発明による第１実施例では、まず還元剤量補正制御が行われ、還元剤量補正制御が完了した後に排気ガス量補正制御が行われる。
【００７３】
本発明による第１実施例の還元剤量補正制御では、還元剤供給弁７７から供給される還元剤の量が正規の量になるように、蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御における供給時間ｔＦＮ及び蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御における供給時間ｔＦＳを補正するための還元剤量補正係数ＫＲが算出される。即ち、供給時間ｔＦＮ，ｔＦＳが還元剤量補正係数ＫＲによって補正される（ｔＦＮ＝ｔＦＮ・ＫＲ，ｔＦＳ＝ｔＦＳ・ＫＲ）。この場合、還元剤量補正係数ＫＲが大きくなると供給時間ｔＦＮ，ｔＦＳが長くなり、還元剤量補正係数ＫＲが小さくなると供給時間ｔＦＮ，ｔＦＳが短くなる。補正する必要がない場合にはＫＲ＝１．０に維持される。
【００７４】
還元剤量補正係数ＫＲの算出方法について説明すると、本発明による第１実施例では、例えば機関回転数及び要求負荷により特定される機関運転状態が予め定められた設定運転状態のときに、切替弁６１を順流位置に固定しながら、時間ｔＦ０だけ還元剤供給弁７７から還元剤が供給される。ここで、設定運転状態は例えばアイドル運転であり、時間ｔＦ０は例えば出力ＯＰをほぼゼロにするのに必要な供給時間である。
【００７５】
還元剤が供給されるとＮＯ_Ｘ触媒８１から排出された排気ガス中の酸素濃度にピークが発生する。この場合、実際に供給された還元剤の量が時間ｔＦ０に対応する正規の還元剤量よりも多ければ酸素濃度センサ４８の出力ＯＰのピーク値ＰＫが正規の還元剤量に相当する目標ピーク値ＰＫＴＰ（負値）よりも小さくなり、実際に供給された還元剤の量が正規の量よりも少なければピーク値ＰＫが目標ピーク値ＰＫＴＰよりも大きくなる。なお、目標ピーク値ＰＫＴＰは予め実験により求められている。
【００７６】
そこで本発明による第１実施例では、ＰＫ＞ＰＫＴＰのときには還元剤量補正係数ＫＲを減少し、ＰＫ＜ＰＫＴＰのときには還元剤量補正係数ＫＲを増大するようにしている。このようにして還元剤量補正係数ＫＲが逐次更新され、供給時間ｔＦ０も逐次更新される（ｔＦ０＝ｔＦ０・ＫＲ）。次いで、ＰＫ＝ＰＫＴＰになるとこのときの還元剤量補正係数ＫＲは最終的な還元剤量補正係数ＫＲを表している。
【００７７】
上述した蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御では還元剤量補正係数ＫＲにより補正された供給時間ｔＦＮ（＝ｔＦＮ・ＫＲ）だけ還元剤が供給され、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御では還元剤量補正係数ＫＲにより補正された供給時間ｔＦＳ（＝ｔＦＳ・ＫＲ）だけ還元剤が供給される。従って、還元剤量補正係数ＫＲの算出が完了すると還元剤量補正制御が完了することになる。
【００７８】
本発明による第１実施例の還元剤量補正制御では、機関運転状態が設定運転状態にあるときに還元剤量補正制御が行われるので機関運転状態の影響を除去でき、切替弁６１を順流位置に固定しながら還元剤量補正制御が行われるので切替弁６１の性能の影響を除去できる。また、酸素濃度センサ４８の出力ＯＰがゼロ付近では酸素濃度センサ４８の感度が比較的高く、従って酸素濃度センサ４８の出力ＯＰがほぼゼロになるように還元剤が供給されるので還元剤量補正制御を高精度で行うことができる。
【００７９】
一方、本発明による第１実施例の排気ガス量補正制御では、蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御において還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒８１内を順流方向に流通する排気ガスの量が最適な量に維持されるように、経過時間ｔＣを補正するための排気ガス量補正係数ＫＥＸが算出される。即ち、蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御における経過時間ｔＣが排気ガス量補正係数ＫＥＸによって補正される（ｔＣ＝ｔＣ・ＫＥＸ）。この場合、排気ガス量補正係数ＫＥＸが大きくなると経過時間ｔＣが長くなり、排気ガス量補正係数ＫＥＸが小さくなると経過時間ｔＣが短くなる。補正する必要がない場合にはＫＥＸ＝１．０に維持される。
【００８０】
排気ガス量補正係数ＫＥＸの算出方法について説明する。本発明による第１実施例では、上述した蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御が行われる毎に、酸素濃度センサ４８の出力ＯＰのピーク値ＰＫが求められる。この場合、時期Ｘから還元剤が供給されるまでの実際の経過時間ｔＣが正規の経過時間よりも長ければ、酸化されることなくＮＯ_Ｘ触媒８１を通過する還元剤の量が多くなるので、ピーク値ＰＫが正規の経過時間に相当する目標ピーク値ＰＫＴよりも小さくなる。また、実際の経過時間ｔＣが正規の経過時間よりも短くかつ還元剤が供給されたときのＮＯ_Ｘ触媒８１内の排気ガス流れが順流方向であれば、還元剤が少しずつ酸化されるので、ピーク値ＰＫが目標ピーク値ＰＫＴよりも小さくなる。更に、実際の経過時間ｔＣが正規の経過時間よりも短くかつ還元剤が供給されたときのＮＯ_Ｘ触媒８１内の排気ガス流れが逆流方向であれば、酸素濃度センサ４８の出力ＯＰにピークが発生しない。
【００８１】
同様に、切替弁６１の切替速度が正規の切替速度よりも高ければ、ピーク値ＰＫが目標ピーク値ＰＫＴよりも小さくなり、切替弁６１の切替速度が正規の切替速度よりも低くかつ還元剤が供給されたときのＮＯ_Ｘ触媒８１内の排気ガス流れが順流方向であれば、ピーク値ＰＫが目標ピーク値ＰＫＴよりも小さくなり、切替弁６１の切替速度が正規の切替速度よりも低くかつ還元剤が供給されたときのＮＯ_Ｘ触媒８１内の排気ガス流れが逆流方向であれば、ピークが発生しない。なお、目標ピーク値ＰＫＴは予め実験により求められている。
【００８２】
そこで本発明による第１実施例では、排気ガス量補正係数ＫＥＸを増大させたときにピーク値ＰＫと目標ピーク値ＰＫＴとの差の絶対値が小さくなったときには排気ガス量補正係数ＫＥＸを更に増大させ、この差の絶対値が大きくなったときには排気ガス量補正係数ＫＥＸを減少させるようにし、排気ガス量補正係数ＫＥＸを減少させたときにピーク値ＰＫと目標ピーク値ＰＫＴとの差の絶対値が小さくなったときには排気ガス量補正係数ＫＥＸを更に減少させ、この差の絶対値が大きくなったときには排気ガス量補正係数ＫＥＸを増大させるようにしている。このようにして排気ガス量補正係数ＫＥＸが逐次更新され、経過時間ｔＣも逐次更新される（ｔＣ＝ｔＣ・ＫＥＸ）。次いで、ＰＫ＝ＰＫＴになるとこのときの排気ガス量補正係数ＫＥＸは最終的な排気ガス量補正係数ＫＥＸを表している。
【００８３】
蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御では、時期Ｘから排気ガス量補正係数ＫＥＸにより補正された経過時間（＝ｔＣ・ＫＥＸ）だけ経過すると、還元剤が供給される。従って、排気ガス量補正係数ＫＥＸの算出が完了すると排気ガス量補正制御が完了することになる。
【００８４】
図１３から図１６は本発明による第１実施例を実行するためのルーチンを示している。
【００８５】
図１３は内燃機関が初めて運転されたときに１回だけ実行される初期化ルーチンを示している。図１３を参照すると、ステップ２２０では還元剤量補正制御が完了するとセットされる還元剤量補正完了フラグＸＲがリセットされ（ＸＲ＝０）、排気ガス量補正制御が完了するとセットされる排気ガス量補正完了フラグＸＥＸがリセットされ（ＸＥＸ＝０）、還元剤量補正係数ＫＲが１．０とされ、排気ガス量補正係数ＫＥＸが１．０とされる。
【００８６】
図１４は予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される補正制御ルーチンを示している。図１４を参照すると、まずステップ２３０では還元剤量補正完了フラグＸＲがリセットされている（ＸＲ＝０）か否かが判別される。還元剤量補正完了フラグＸＲがリセットされているときには次いでステップ２３１に進み、図１５に示される還元剤量補正制御ルーチンが実行される。還元剤量補正制御が完了して還元剤量補正完了フラグＸＲがセットされるとステップ２３０からステップ２３２に進み、排気ガス量補正完了フラグＸＥＸがリセットされている（ＸＥＸ＝０）か否かが判別される。排気ガス量補正完了フラグＸＥＸがリセットされているときには次いでステップ２３３に進み、図１６に示される排気ガス量補正制御ルーチンが実行される。
【００８７】
図１５は還元剤量補正制御ルーチンを示している。図１５を参照すると、まずステップ２４０では機関運転状態が上述した設定運転状態であるか否かが判別される。機関運転状態が設定運転状態であるときには次いでステップ２４１に進み、切替弁６１を順流位置に保持しながら還元剤供給弁７７から供給時間ｔＦ０だけ還元剤が供給される。続くステップ２４２では、還元剤を供給したことにより発生した酸素濃度センサ４８の出力ＯＰのピーク値ＰＫが求められる。続くステップ２４３ではこのピーク値ＰＫが上述した目標ピーク値ＰＫＴＰに等しいか否かが判別される。ＰＫ≠ＰＫＴＰのときには次いでステップ２４４に進み、上述したように還元剤量補正係数ＫＲ及び供給時間ｔＦ０が更新される。次いでＰＫ＝ＰＫＴＰになるとステップ２４２からステップ２４５に進み、還元剤量補正フラグＸＲがセットされる（ＸＲ＝１）。
【００８８】
図１６は排気ガス量補正制御ルーチンを示している。図１６を参照すると、まずステップ２５０では図６を参照して説明した蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御ルーチンが行われたか否か、即ち還元剤供給弁７７から還元剤が供給されたか否かが判別される。還元剤が供給されたときには次いでステップ２５１に進み、還元剤を供給したことにより発生した酸素濃度センサ４８の出力ＯＰのピーク値ＰＫが求められる。続くステップ２５２ではピーク値ＰＫが上述した目標値ＰＫＴに等しいか否かが判別される。ＰＫ≠ＰＫＴのときには次いでステップ２５３に進み、上述したように排気ガス量補正係数ＫＥＸ及び経過時間ｔＣが更新される。次いで、ＰＫ＝ＰＫＴになるとステップ２５２からステップ２５４に進み、排気ガス量補正フラグＸＥＸがセットされる（ＸＥＸ＝１）。
【００８９】
次に、本発明による第２実施例を説明する。本発明による第２実施例でも、第１実施例と同様に、還元剤量補正制御が行われた後に排気ガス量補正制御が行われる。ここで、還元剤量補正制御は第１実施例と同様に行うことができ、しかしながら第２実施例の排気ガス量補正制御は以下の点で第１実施例の排気ガス量補正制御と異なっている。
【００９０】
本発明による第２実施例の排気ガス量補正制御では、蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御における切替弁６１の切替速度Ｖを補正するための排気ガス量補正係数ＫＥＸが算出される。即ち、切替速度Ｖが排気ガス量補正係数ＫＥＸによって補正される（Ｖ＝Ｖ・ＫＥＸ）。この場合、排気ガス量補正係数ＫＥＸが大きくなると切替速度Ｖが高くなり、排気ガス量補正係数ＫＥＸが小さくなると切替速度Ｖが低くなる。なお、切替弁６１はステップモータ６０により駆動され、従って切替弁６１の切替速度Ｖが変更可能になっている。
【００９１】
具体的には、上述した蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御が行われる毎に、時期Ｘから酸素濃度センサ４８の出力ＯＰにピークが発生するまでの経過時間ｔＰ（図７参照）が求められる。この場合、時期Ｘから還元剤が供給されるまでの実際の経過時間ｔＣが正規の経過時間よりも長ければ、還元剤が供給されたときの排気ガスの空間速度が高くなっているので、ピークが発生するまでの実際の経過時間ｔＰが正規の経過時間に相当する目標経過時間ｔＰＴよりも短くなる。また、還元剤が供給されるまでの実際の経過時間ｔＣが正規の経過時間よりも短くかつ還元剤が供給されたときのＮＯ_Ｘ触媒８１内の排気ガス流れが順流方向であれば、実際の経過時間ｔＰが目標経過時間ｔＰＴよりも長くなる。更に、実際の経過時間ｔＣが正規の経過時間よりも短くかつ還元剤が供給されたときのＮＯ_Ｘ触媒８１内の排気ガス流れが逆流方向であれば、酸素濃度センサ４８の出力ＯＰにピークが発生しない。
【００９２】
同様に、切替弁６１の切替速度が正規の切替速度よりも高ければ、経過時間ｔＰが目標経過時間ｔＰＴよりも短くなり、切替弁６１の切替速度が正規の切替速度よりも低くかつ還元剤が供給されたときのＮＯ_Ｘ触媒８１内の排気ガス流れが順流方向であれば、経過時間ｔＰが目標経過時間ｔＰＴよりも長くなり、切替弁６１の切替速度が正規の切替速度よりも低くかつ還元剤が供給されたときのＮＯ_Ｘ触媒８１内の排気ガス流れが逆流方向であれば、ピークが発生しない。なお、目標経過時間ｔＰＴは予め実験により求められている。
【００９３】
そこで本発明による第２実施例では、ｔＰ＞ｔＰＴのときには排気ガス量補正係数ＫＥＸを比較的小さく増大し、時期Ｘから一定時間経過してもピークが発生しないときには排気ガス量補正係数ＫＥＸを比較的大きく増大し、ｔＰ＜ｔＰＴのときには排気ガス量補正係数ＫＥＸを減少するようにしている。このようにして排気ガス量補正係数ＫＥＸが逐次更新され、切替弁６１の切替速度Ｖも逐次更新される（Ｖ＝Ｖ・ＫＥＸ）。次いで、ｔＰ＝ｔＰＴになるとこのときの排気ガス量補正係数ＫＥＸは最終的な排気ガス量補正係数ＫＥＸを表している。
【００９４】
蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御では、切替弁６１が排気ガス量補正係数ＫＥＸにより補正された切替速度Ｖでもって順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられる。
【００９５】
図１７は本発明による第２実施例の排気ガス量補正制御ルーチンを示している。なお、本発明による第２実施例においても、図１３から図１５に示されるルーチンが実行され、図１７に示される排気ガス量補正制御ルーチンは図１４に示される補正制御ルーチンのステップ２３３で実行される。
【００９６】
図１７を参照すると、まずステップ２６０では図６を参照して説明した蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御ルーチンが行われたか否か、即ち還元剤供給弁７７から還元剤が供給されたか否かが判別される。還元剤が供給されたときには次いでステップ２６１に進み、切替弁６１を切り替えるべき信号が発せられてから、酸素濃度センサ４８の出力ＯＰにピークが発生するまでの経過時間ｔＰが求められる。続くステップ２６２では経過時間ｔＰが目標経過時間ｔＰＴに等しいか否かが判別される。ｔＰ≠ｔＰＴのときには次いでステップ２６３に進み、上述したように排気ガス量補正係数ＫＥＸ及び切替弁６１の切替速度Ｖが更新される。次いで、ＰＫ＝ＰＫＴになるとステップ２６２からステップ２６４に進み、排気ガス量補正フラグＸＥＸがセットされる（ＸＥＸ＝１）。
【００９７】
次に、本発明による第３実施例を説明する。本発明による第３実施例でも、還元剤量補正制御が行われた後に排気ガス量補正制御が行われる。ここで、還元剤量補正制御は第１実施例と同様に行うことができ、しかしながら第３実施例の排気ガス量補正制御は以下の点で上述した排気ガス量補正制御と異なっている。
【００９８】
本発明による第３実施例では、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御において還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒８１内を順流方向に流通する排気ガスの量が最適な量に維持されるように、切替弁６１の弱順流位置を表す開弁割合Ｄを補正するための排気ガス量補正係数ＫＥＸが算出される。即ち、開弁割合Ｄが排気ガス量補正係数ＫＥＸによって補正される（Ｄ＝Ｄ・ＫＥＸ）。この場合、排気ガス量補正係数ＫＥＸが大きくなると開弁割合Ｄが大きくなり、排気ガス量補正係数ＫＥＸが小さくなると開弁割合Ｄが小さくなる。
【００９９】
具体的には、上述した蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が行われているときに、酸素濃度センサ４８の出力の平均値ＯＰＡ（図９参照）が求められる。この場合、実際の開弁割合Ｄが正規の開弁割合よりも大きければ、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの量が多くなるので、出力平均値ＯＰＡが正規の開弁割合に相当する目標出力値ＯＰＡＴよりも大きくなる。また、実際の開弁割合Ｄが正規の開弁割合よりも小さければ、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの量が少なくなるので、出力平均値ＯＰＡが目標出力値ＯＰＡＴよりも小さくなる。なお、目標出力値ＯＰＡＴは予め実験により求められている。
【０１００】
そこで本発明による第３実施例では、ＯＰＡ＞ＯＰＡＴのときには排気ガス量補正係数ＫＥＸを減少し、ＯＰＡ＜ＯＰＡＴのときには排気ガス量補正係数ＫＥＸを増大するようにしている。このようにして排気ガス量補正係数ＫＥＸが逐次更新され、供給時間ｔＦ０も逐次更新される（Ｄ＝Ｄ・ＫＥＸ）。次いで、ＯＰＡ＝ＯＰＡＴになるとこのときの排気ガス量補正係数ＫＥＸは最終的な排気ガス量補正係数ＫＥＸを表している。
【０１０１】
蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御では、切替弁６１を開弁割合Ｄに保持しながら還元剤が供給される。
【０１０２】
図１８は本発明による第３実施例の排気ガス量補正制御ルーチンを示している。なお、本発明による第３実施例においても、図１３から図１５に示されるルーチンが実行され、図１８に示される排気ガス量補正制御ルーチンは図１４に示される補正制御ルーチンのステップ２３３で実行される。
【０１０３】
図１８を参照すると、まずステップ２７０では図６を参照して説明した蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御ルーチンが行われたか否か、即ち還元剤供給弁７７から還元剤が供給されたか否かが判別される。還元剤が供給されたときには次いでステップ２７１に進み、酸素濃度センサ４８の出力ＯＰの平均値ＯＰＡが求められる。続くステップ２７２では出力平均値ＯＰＡが目標出力値ＯＰＡＴに等しいか否かが判別される。ＯＰＡ≠ＯＰＡＴのときには次いでステップ２７３に進み、上述したように排気ガス量補正係数ＫＥＸ及び切替弁６１の開弁割合Ｄが更新される。次いで、ＯＰＡ＝ＯＰＡＴになるとステップ２７２からステップ２７４に進み、排気ガス量補正フラグＸＥＸがセットされる（ＸＥＸ＝１）。
【０１０４】
このように本発明による第３実施例では、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が行われたときにＮＯ_Ｘ触媒８１から流出した排気ガス中の酸素濃度に基づいて排気ガス量補正制御が行われる。これに対して、上述した本発明による第１又は第２実施例では、蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御が行われたときにＮＯ_Ｘ触媒８１から流出した排気ガス中の酸素濃度に基づいて排気ガス量補正制御が行われる。
【０１０５】
次に、本発明による第４実施例を説明する。本発明による第４実施例では、まず排気ガス量補正制御が行われ、排気ガス量補正制御が完了した後に還元剤量補正制御が行われる。
【０１０６】
ところで、本発明による第１実施例の排気ガス量補正制御では、結局のところ、酸素濃度センサ４８の出力ＯＰのピーク値ＰＫ（負値）が最小となるように経過時間ｔＣが補正され、或いはピーク値ＰＫを最小にする排気ガス量補正係数ＫＥＸが求められ、この最小のピーク値は目標ピーク値ＰＫＴに一致している。
【０１０７】
そこで本発明による第４実施例の排気ガス量補正制御でも、ピーク値ＰＫが最小となるように経過時間ｔＣを補正し、或いはピーク値ＰＫを最小にする排気ガス量補正係数ＫＥＸを求めるようにしている。具体的には、排気ガス量補正係数ＫＥＸを増大させたときにピーク値ＰＫが減少したときには排気ガス量補正係数ＫＥＸを減少させ、ピーク値ＰＫが増大したときには排気ガス量補正係数ＫＥＸを更に増大させ、排気ガス量補正係数ＫＥＸを減少させたときにピーク値ＰＫが減少したときには排気ガス量補正係数ＫＥＸを増大させ、ピーク値ＰＫが増大したときには排気ガス量補正係数ＫＥＸを更に減少させるようにしている。
【０１０８】
排気ガス量補正制御により得られた最小ピーク値は還元剤量補正制御が未だ行われていないときのものであるので、予め定められた目標ピーク値ＰＫＴに必ずしも一致していない。
【０１０９】
そこで、本発明による第４実施例の還元剤量補正制御では、排気ガス量補正制御により得られた最小ピーク値が目標ピーク値ＰＫＴに一致するように供給時間ｔＦを補正し、或いはこの最小ピーク値を目標ピーク値ＰＫＴに一致させる還元剤量補正係数ＫＲを求めるようにしている。具体的には、ＰＫ＞ＰＫＴのときには還元剤量補正係数ＫＲを減少し、ＰＫ＜ＰＫＴのときには還元剤量補正係数ＫＲを増大するようにしている。
【０１１０】
図１９から図２１は本発明による第４実施例を実行するためのルーチンを示している。なお、第４実施例においても図１３に示される初期化ルーチンが実行される。
【０１１１】
図１９は予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される補正制御ルーチンを示している。図１９を参照すると、まずステップ２８０では排気ガス量補正完了フラグＸＥＸがリセットされている（ＸＥＸ＝０）か否かが判別される。排気ガス量補正完了フラグＸＥＸがリセットされているときには次いでステップ２８１に進み、図２０に示される排気ガス量補正制御ルーチンが実行される。排気ガス量補正制御が完了して排気ガス量補正完了フラグＸＥＸがセットされるとステップ２８０からステップ２８２に進み、還元剤量補正完了フラグＸＲがリセットされている（ＸＲ＝０）か否かが判別される。還元剤量補正完了フラグＸＲがリセットされているときには次いでステップ２８３に進み、図２１に示される還元剤量補正制御ルーチンが実行される。
【０１１２】
図２０は本発明による第４実施例の排気ガス量補正制御ルーチンを示している。図２０を参照すると、まずステップ２９０では図６を参照して説明した蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御ルーチンが行われたか否か、即ち還元剤供給弁７７から還元剤が供給されたか否かが判別される。還元剤が供給されたときには次いでステップ２９１に進み、還元剤を供給したことにより発生した酸素濃度センサ４８の出力ＯＰのピーク値ＰＫが求められる。続くステップ２９２ではピーク値ＰＫが最小のピーク値であるか否かが判別される。ピーク値ＰＫが最小のピーク値でないときには次いでステップ２９３に進み、排気ガス量補正係数ＫＥＸ及び経過時間ｔＣが上述したように更新される。次いで、ピーク値ＰＫが最小のピーク値になるとステップ２９２からステップ２９４に進み、排気ガス量補正フラグＸＥＸがセットされる（ＸＥＸ＝１）。
【０１１３】
図２１は本発明による第４実施例の還元剤量補正制御ルーチンを示している。図２１を参照すると、まずステップ３００では図６を参照して説明した蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御ルーチンが行われたか否か、即ち還元剤供給弁７７から還元剤が供給されたか否かが判別される。還元剤が供給されたときには次いでステップ３０１に進み、還元剤を供給したことにより発生した酸素濃度センサ４８の出力ＯＰのピーク値ＰＫが求められる。続くステップ３０２ではピーク値ＰＫが目標ピーク値ＰＫＴであるか否かが判別される。ＰＫ≠ＰＫＴのときには次いでステップ３０３に進み、還元剤量補正係数ＫＲ及び供給時間ｔＦが上述したように更新される。次いで、ＰＫ＝ＰＫＴになるとステップ３０２からステップ３０４に進み、還元剤量補正フラグＸＲがセットされる（ＸＲ＝１）。
【０１１４】
これまで述べてきた実施例では、状態量センサ４８を酸素濃度センサから構成し、還元剤が供給されたときにＮＯ_Ｘ触媒８１から排出された排気ガス中の酸素濃度に基づいて還元剤量補正制御及び排気ガス量補正制御を行うようにしている。しかしながら、還元剤が供給されたときにＮＯ_Ｘ触媒８１から排出された排気ガスの別の状態量に基づいて還元剤量補正制御又は排気ガス量補正制御を行うこともできる。
【０１１５】
図２２は切替弁６１を順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えながら還元剤供給弁７７から還元剤を供給したときにＮＯ_Ｘ触媒８１から排出された排気ガスの様々な状態量の変化を示している。
【０１１６】
図２２に示されるように、切替弁６１を切り替えるべき信号が発せられた時期Ｘから時間ｔＰ１だけ経過すると排気ガスの温度Ｔが一時的に増大してピーク値ＰＫ１で表されるピークが生じ、或いは温度ＴがＤＬＴ１だけ増大する。この場合、ＮＯ_Ｘ触媒８１に実際に供給される還元剤の量が正規の量よりも多いときには例えば増大分ＤＬＴ１が大きくなり、ＮＯ_Ｘ触媒８１に実際に供給される還元剤の量が正規の量よりも少ないときには増大分ＤＬＴ１が小さくなる。また、還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒８１内を流通している排気ガスの量が最適量よりも多いときには、酸化されることなくＮＯ_Ｘ触媒８１を通過する還元剤の量が多くなるので、増大分ＤＬＴ１が小さくなる。これに対し、還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒８１内を流通している排気ガスの量が最適量よりも少ないときには、還元剤が少しずつ酸化されるので、増大分ＤＬＴ１が小さくなる。
【０１１７】
同様に、時期Ｘから時間ｔＰ２だけ経過すると排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度ＣＮが一時的に増大してピーク値ＰＫ２で表されるピークが生じ、或いはＮＯ_Ｘ濃度ＣＮがＤＬＴ２だけ増大する。この場合、ＮＯ_Ｘ触媒８１に実際に供給される還元剤の量が正規の量よりも多いときには例えば増大分ＤＬＴ２が小さくなり、少ないときには増大分ＤＬＴ２が大きくなる。また、還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒８１内を流通している排気ガスの量が最適量よりも多いときには増大分ＤＬＴ２が大きくなり、少ないときには増大分ＤＬＴ２が小さくなる。
【０１１８】
更に、時期Ｘから時間ｔＰ３だけ経過するとＮＯ_Ｘ濃度ＣＮが一時的に減少してピーク値ＰＫ３で表されるピークが生じ、或いはＮＯ_Ｘ濃度ＣＮがＤＬＴ３だけ減少する。この場合、ＮＯ_Ｘ触媒８１に実際に供給される還元剤の量が正規の量よりも多いときには例えば減少分ＤＬＴ３が大きくなり、少ないときには減少分ＤＬＴ３が小さくなる。また、還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒８１内を流通している排気ガスの量が最適量よりも多いときには減少分ＤＬＴ３が小さくなり、少ないときにも減少分ＤＬＴ３が小さくなる。
【０１１９】
また、時期Ｘから時間ｔＰ４だけ経過すると還元剤濃度ＣＨが一時的に増大してピーク値ＰＫ４で表されるピークが生じ、或いは還元剤濃度ＣＨがＤＬＴ４だけ増大する。この場合、ＮＯ_Ｘ触媒８１に実際に供給される還元剤の量が正規の量よりも多いときには例えば増大分ＤＬＴ４が大きくなり、少ないときには増大分ＤＬＴ４が小さくなる。また、還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒８１内を流通している排気ガスの量が最適量よりも多いときには増大分ＤＬＴ４が大きくなり、少ないときには増大分ＤＬＴ４が小さくなる。切替弁６１を順流位置又は弱順流位置に保持しながら還元剤を供給したときも同様である。
【０１２０】
従って、例えば切替弁６１を順流位置に保持しながら還元剤を供給してこのときの排気ガスの温度Ｔの増大分ＤＬＴ１が目標値になるように還元剤量補正制御を行い、切替弁６１を順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えながら還元剤を供給してこのときの排気ガスの温度Ｔの増大分ＤＬＴ１が目標値になるように排気ガス量補正制御を行うことができる。
【０１２１】
そうすると、状態量センサ４８を温度センサ、ＮＯ_Ｘ濃度センサ、又は還元剤（炭化水素）濃度センサから構成し、還元剤が供給されたときにＮＯ_Ｘ触媒８１から排出された排気ガスの温度Ｔ、この排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度ＣＮ、又はこの排気ガス中の還元剤濃度ＣＨに基づいて還元剤量補正制御又は排気ガス量補正制御を行うことができるということになる。
【０１２２】
更に、互いに異なる複数の状態量センサを設け、これら状態量センサにより検出される複数の状態量に基づいて還元剤量補正制御又は排気ガス量補正制御を行うようにしてもよい。即ち、例えば排気ガスの温度に基づいて還元剤量補正制御を行い、排気ガス中の酸素濃度に基づいて排気ガス量補正制御を行うことができる。
【０１２３】
次に、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御の別の実施例を説明する。
【０１２４】
切替弁６１の実際の開弁割合Ｄが正規の開弁割合よりも大きいときには、ＮＯ_Ｘ触媒８１内を流通する排気ガスの量が最適量よりも多いので、ＮＯ_Ｘ触媒８１内で有効に作用する還元剤の量が少なくなり、実際の開弁割合Ｄが正規の開弁割合よりも小さいときにはＮＯ_Ｘ触媒８１内で有効に作用する還元剤の量が多くなる。有効な還元剤の量が少なくなるとＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量をほぼゼロにするのに必要な時間が長くなり、有効な還元剤の量が多くなるとこの必要時間が短くなる。
【０１２５】
一方、上述したように、有効な還元剤の量が少なくなると蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が行われているときの酸素濃度センサ４８の出力の平均値ＯＰＡが大きくなり、有効な還元剤の量が多くなるとこの出力平均値ＯＰＡが小さくなる。
【０１２６】
そこで蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御の別の実施例では、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が行われているときの出力平均値ＯＰＡが大きいときほど長くなるように、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が継続される時間ｔＳを補正している。言い換えると、実際の開弁割合Ｄが正規の開弁割合よりも大きいときには時間ｔＳが長くされ、正規の開弁割合よりも小さいときには時間ｔＳが短くされる。なお、この時間ｔＳは図２３に示されるマップの形で予めＲＯＭ４３内に記憶されている。
【０１２７】
図２４は蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御の別の実施例を実行するためのルーチンを示している。図２４を参照すると、まずステップ３１０ではＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが算出される。続くステップ３１１では蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが許容量ＱＳ１よりも多いか否かが判別される。ＱＳ≦ＱＳ１のときには処理サイクルを終了し、ＱＳ＞ＱＳ１のときには次いでステップ３１２に進み、切替弁６１が例えば順流位置から弱順流位置に切り替えられ保持しながら、還元剤供給弁７７から還元剤が間欠的に供給される。続くステップ３１３では、図２３のマップから時間ｔＳが算出される。続くステップ３１４では、切替弁６１を弱順流位置に保持しつつ還元剤が供給されてから時間ｔＳだけ経過したか否かが判別される。時間ｔＳだけ経過するまでステップ３１２に戻って切替弁６１を弱順流位置に保持しつつ還元剤が繰り返し供給され、時間ｔＳだけ経過するとステップ３１５に進んで切替弁６１が例えば順流位置に切り替えられる。即ち、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が完了される。
【０１２８】
図１に示される内燃機関では、状態量センサ４８が環状排気管６７に取り付けられている。このようにすると、ＮＯ_Ｘ触媒８１を迂回して切替弁６１の流入ポート６２から流出ポート６３へ直接流れる排気ガスの影響を除去できる。しかしながら、状態量センサ４８を切替弁６１の流出ポート６３と補助触媒７６間の排気ガス排出管６４内に取り付けることもできる。
【０１２９】
これまで述べてきた本発明による実施例は例えば図２５及び図２７に示される内燃機関にも適用することができる。
【０１３０】
図２５に示される内燃機関では、排気管２０ａの出口にケーシング１６８が接続され、このケーシング１６７は排気管２０ｃを介してケーシング１７５に接続され、ケーシング１７５は排気管２３に接続される。これらケーシング１６８，１７５内にはＮＯ_Ｘ触媒８１を担持したパティキュレートフィルタ６９、及び補助触媒７６がそれぞれ収容される。
【０１３１】
排気管２０ａからバイパス管１８５が分岐されており、このバイパス管１８５の流出端は排気管２０ｃに開口している。また、バイパス管１８５の流入端が開口している排気管２０ａの部分には、図示しない電子制御ユニットによって制御される切替弁１６１が配置される。更に、バイパス管１８５の流入端とパティキュレートフィルタ６９間の排気管２０ａに還元剤供給弁７７が配置される。パティキュレートフィルタ６９とバイパス管１８５の流出端間の排気管２０ｃに状態量センサ４８が取り付けられる。
【０１３２】
切替弁１６１は通常、図２６に実線で示される通常位置に保持される。切替弁１６１がこの通常位置に保持されると、バイパス管１８５が遮断され、排気管２０ａ内に流入したほぼ全ての排気ガスがパティキュレートフィルタ６９内に導かれる。従って、切替弁１６１の通常位置は図１の内燃機関における切替弁６１の順流位置又は逆流位置に相当する。
【０１３３】
蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御又は蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うべきときには、切替弁１６１を図２６に一点鎖線で示される弱流位置に保持しながら、還元剤供給弁７７から還元剤が供給される。切替弁１６１が弱流位置に保持されると、排気管２０ａ内に流入した排気ガスのわずかな一部がパティキュレートフィルタ６９内に導かれ残りの排気ガスがバイパス管１８５内に導かれる。従って、切替弁１６１の弱流位置は図１の内燃機関における切替弁６１の弱順流位置に相当する。なお、切替弁１６１が図２６に破線で示されるバイパス位置に保持されると、バイパス管１８５が開放され、排気管２０ａ内に流入したほぼ全ての排気ガスがパティキュレートフィルタ６９を迂回する。従って、切替弁１６１のバイパス位置は図１の内燃機関における切替弁６１のバイパス位置に相当する。
【０１３４】
一方、図２７に示される内燃機関では、排気管２０ａが一対の枝管９１’，９１”を有するＹ字管から形成され、各枝管の出口にはケーシング６８’，６８”がそれぞれ接続される。これらケーシング６８’，６８”は排気管２０ｃの枝管９２’，９２”に接続され、排気管２０ｃを介してケーシング１７５に接続される。ケーシング１７５は排気管２３に接続される。これらケーシング６８’，６８”内には第１及び第２のパティキュレートフィルタ６９’，６９”がそれぞれ収容され、ケーシング１７５内には補助触媒７６が収容される。なお、第１及び第２のパティキュレートフィルタ６９’，６９”上にはそれぞれ第１及び第２のＮＯ_Ｘ触媒８１’，８１”が担持されている。
【０１３５】
排気管２０ｃの枝管内には共通のアクチュエータ１６０によって駆動される第１及び第２の切替弁６１’，６１”と、第１及び第２の状態量センサ４８’，４８”とがそれぞれ配置される。また、排気管２０ａの枝管内には第１及び第２の還元剤供給弁７７’，７７”がそれぞれ配置される。なお、アクチュエータ１６０及び還元剤供給弁７７’，７７”は図示しない電子制御ユニットによって制御される。
【０１３６】
切替弁６１’，６１”は通常、図２８（Ａ）において実線で示される第１の通常位置か又は破線で示される第２の通常位置に保持される。切替弁６１’，６１”が第１の通常位置に保持されると、第１の切替弁６１’が全開位置に保持され、第２の切替弁６１”が全閉位置に保持され、従って図２８（Ａ）において実線の矢印で示されるように排気管２０ａ内に流入したほぼ全ての排気ガスが第１のＮＯ_Ｘ触媒８１’内に導かれる。一方、切替弁６１’，６１”が第２の通常位置に保持されると、第１の切替弁６１’が全閉位置に保持され、第２の切替弁６１”が全開位置に保持され、従って図２８（Ａ）において破線の矢印で示されるように排気管２０ａ内に流入したほぼ全ての排気ガスが第２のＮＯ_Ｘ触媒８１”内に導かれる。従って、切替弁６１’，６１”の第１及び第２の通常位置は図２０の内燃機関における切替弁１６１の通常位置又はバイパス位置に相当する。
【０１３７】
第１のＮＯ_Ｘ触媒８１’について蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御又は蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うべきときには、切替弁６１’，６１”を図２８（Ｂ）に実線で示される第１の弱流位置に切り替え保持しながら、還元剤が供給される。切替弁６１’，６１”が第１の弱流位置に保持されると、排気管２０ａ内に流入した排気ガスのわずかな一部が第１のＮＯ_Ｘ触媒８１’内に導かれ残りの排気ガスが第２のＮＯ_Ｘ触媒８１”内に導かれる。一方、第２のＮＯ_Ｘ触媒８１”について蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御又は蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うべきときには、切替弁６１’，６１”を図２８（Ｂ）に破線で示される第２の弱流位置に切り替え保持しながら、還元剤が供給される。切替弁６１’，６１”が第２の弱流位置に保持されると、排気管２０ａ内に流入した排気ガスのわずかな一部が第２のＮＯ_Ｘ触媒８１”内に導かれ残りの排気ガスが第１のＮＯ_Ｘ触媒８１’内に導かれる。このように切替弁６１’，６１”の弱流位置は図１の内燃機関における切替弁６１の弱順流位置に相当する。
【０１３８】
従って、一般的に言うと、排気通路内にＮＯ_Ｘ触媒を配置し、ＮＯ_Ｘ触媒上流の排気通路から分岐してＮＯ_Ｘ触媒を迂回するバイパス通路を設け、バイパス通路内を流通する排気ガスの量を制御することによりＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量を制御するための切替弁を設け、バイパス通路の分岐部分とＮＯ_Ｘ触媒間の排気通路内に還元剤を供給するための還元剤供給弁を配置しているということになる。
【０１３９】
その上で、図１に示される内燃機関では、排気ガスがＮＯ_Ｘ触媒内にその一端面を介し流入しＮＯ_Ｘ触媒からその他端面を介し流出するように排気ガスを案内するか、又はＮＯ_Ｘ触媒内にその他端面を介し流入しＮＯ_Ｘ触媒からその一端面を介し流出するように排気ガスを案内するかを切り替えているということになる。
【０１４０】
また、図２７に示される内燃機関では、例えば排気管２０ａの枝管９１’から排気管２０ｃの枝管９２’までの排気通路部分に着目すると、排気管２０ａの枝管９１”から排気管２０ｃの枝管９２”までの排気通路部分はバイパス通路として作用すると見ることもできる。この場合、第２の還元剤供給弁７７”、第２のパティキュレートフィルタ６９”、第２のＮＯ_Ｘ触媒８１”はそれぞれ、バイパス通路内に配置された追加の還元剤供給弁、追加のパティキュレートフィルタ、追加のＮＯ_Ｘ触媒を構成しているということになる。
【０１４１】
【発明の効果】
還元剤供給弁から還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量を最適に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】触媒コンバータの構造を示す図である。
【図３】切替弁が順流位置又は逆流位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図４】パティキュレートフィルタの隔壁の部分拡大断面図である。
【図５】酸素濃度センサの出力を示す線図である。
【図６】蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御を説明するためのタイムチャートである。
【図８】蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を説明するためのタイムチャートである。
【図１０】切替弁が弱順流位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図１１】切替弁が切り替えられるときの排気ガス流量を示す線図である。
【図１２】切替弁が切り替えられるときの排気ガス流量を示す線図である。
【図１３】初期化ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】本発明による第１実施例の補正制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】本発明による第１実施例の還元剤量補正制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】本発明による第１実施例の排気ガス量補正制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】本発明による第２実施例の排気ガス量補正制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】本発明による第３実施例の排気ガス量補正制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１９】本発明による第４実施例の補正制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２０】本発明による第４実施例の排気ガス量補正制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２１】本発明による第４実施例の還元剤量補正制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２２】還元剤が供給されたときの排気ガスの状態量を示す線図である。
【図２３】蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が継続される時間を示す線図である。
【図２４】別の実施例による蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２５】本発明を適用可能な別の内燃機関を示す図である。
【図２６】図２５に示される内燃機関の切替弁の位置を説明するための図である。
【図２７】本発明を適用可能な別の内燃機関を示す図である。
【図２８】図２７に示される内燃機関の切替弁の位置を説明するための図である。
【符号の説明】
１…機関本体
２０ａ…排気管
２２…触媒コンバータ
４８…状態量センサ（酸素濃度センサ）
６１…切替弁
６４…排気ガス排出管
６７…環状排気管
６９…パティキュレートフィルタ
７６…補助触媒
７７…還元剤供給弁
８１…ＮＯ_Ｘ触媒

Claims (10)

1. リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯ_Ｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量が減少するＮＯ_Ｘ触媒を配置すると共に、該ＮＯ_Ｘ触媒上流の排気通路内に、ＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給するための還元剤供給弁を配置し、ＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量を制御するための排気ガス量制御手段を設け、排気ガス量制御手段によりＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量を一時的に減少させると共にこのとき還元剤供給弁から還元剤を供給し、還元剤供給弁から還元剤が供給されたことにより変動しうる、ＮＯ_Ｘ触媒から排出された排気ガスの状態量を検出し、予め定められた基準時期から、還元剤供給弁から還元剤が供給されたことにより前記排気ガスの状態量にピークが現れるまでの時間が目標時間に一致するように、還元剤供給弁から還元剤が供給されるときにＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量を制御する内燃機関の排気浄化装置。
2. リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯ _Ｘ を蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ _Ｘ を還元して蓄えているＮＯ _Ｘ の量が減少するＮＯ _Ｘ 触媒を配置すると共に、該ＮＯ _Ｘ 触媒上流の排気通路内に、ＮＯ _Ｘ 触媒に還元剤を供給するための還元剤供給弁を配置した内燃機関において、排気ガスがＮＯ _Ｘ 触媒内にその一端面を介し流入しＮＯ _Ｘ 触媒からその他端面を介し流出するように排気ガスを案内する順流位置と、排気ガスがＮＯ _Ｘ 触媒内にその他端面を介し流入しＮＯ _Ｘ 触媒からその一端面を介し流出するように排気ガスを案内する逆流位置との間で切り替え可能な切替弁を具備し、切替弁が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられそれによりＮＯ _Ｘ 触媒内を流通する排気ガスの量が一時的に低減されるときに還元剤供給弁から還元剤を供給し、還元剤供給弁から還元剤が供給されたことにより変動しうる、ＮＯ _Ｘ 触媒から排出された排気ガスの状態量を検出し、還元剤供給弁から還元剤が供給されるときにＮＯ _Ｘ 触媒内を流通する排気ガスの量を該排気ガスの状態量に基づいて制御するようにした内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記排気ガスの状態量が、排気ガス中の酸素濃度、排気ガスの温度、排気ガス中のＮＯ _Ｘ 濃度、及び排気ガス中の還元剤濃度のうちから選ばれた少なくとも一つである請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記排気ガスの状態量が目標量に一致するように、還元剤供給弁から還元剤が供給されるときにＮＯ _Ｘ 触媒内を流通する排気ガスの量を制御する請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記排気ガスの状態量が最も大きくなるように又は最も小さくなるように、還元剤供給弁から還元剤が供給されるときにＮＯ _Ｘ 触媒内を流通する排気ガスの量を制御する請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 予め定められた基準時期から、還元剤供給弁から還元剤が供給されたことにより前記排気ガスの状態量にピークが現れるまでの時間が目標時間に一致するように、還元剤供給弁から還元剤が供給されるときにＮＯ _Ｘ 触媒内を流通する排気ガスの量を制御する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 還元剤供給弁から還元剤が供給されるときにＮＯ _Ｘ 触媒内を流通する排気ガスの量を制御する前に又はその後に、前記排気ガスの状態量に基づいて還元剤供給弁からの還元剤供給量を制御するようにした請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記排気ガス量制御手段は、ＮＯ _Ｘ 触媒内に流入する排気ガスの量を減少させてから元の量に戻すまで該排気ガスの量を連続的に変化させるようになっている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記排気ガス量制御手段は、ＮＯ _Ｘ 触媒内に流入する排気ガスの量を目標量まで減少させて一時的に保持し、次いで元の量に戻すようになっている請求項１に 記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. ＮＯ _Ｘ 触媒内に蓄えられているＮＯ _Ｘ の量が予め定められた許容量を越えたときに、切替弁が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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