Exhaust gas purification system for an internal combustion engine

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

背景技術 ディーゼル機関においてNOxを浄化するために機関排気通路を一対の排気枝通路に分岐し、これら排気枝通路の分岐部に切換弁を配置して切換弁の切換作用により排気ガスをいずれか一方の排気枝通路内に交互に導き、各排気枝通路内に夫々NOxを酸化吸収しうる触媒を配置したディーゼル機関が公知である（特開昭62−106826号公報参照）。 このディーゼル機関では一方の排気枝通路内に導かれた排気ガス中のNOxがその排気枝通路内に配置された触媒に酸化吸収せしめられる。 この間、他方の排気枝通路への排気ガスの流入が停止せしめられると共にこの排気枝通路内には気体状の還元剤が供給され、この還元剤によってこの排気枝通路内に配置された触媒に蓄積されているNOxが還元せしめられる。 次いで暫くすると切換弁の切換作用によってそれまで排気ガスが導かれていた排気枝通路への排気ガスの導入が停止され、それまで排気ガスの導入が停止されていた排気枝通路への排気ガスの導入が再開される。

しかしながらこの触媒は触媒温度が低くなるとNOxを酸化吸収しえなくなる。 従ってこのディーゼル機関では排気ガス温が低く、従って触媒温度が低いときにはNOx
が触媒に酸化吸収されないためにNOxが大気に放出されるという問題を生ずる。

発明の開示 本発明の目的は排気ガス温が低くてもNOxを効率よく吸収することのできる排気浄化装置を提供することにある。

本発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにNOxを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させると吸収したNOxを放出するNOx吸収剤を機関排気通路内に配置すると共に、NOx吸収剤上流の機関排気通路内にNOxを酸化しうるNOx酸化剤を配置し、NO
x吸収剤に流入する排気ガスがリーンのときにNOx吸収剤に吸収されたNOxをNOx吸収剤に流入する排気ガス中の酸素濃度が低下せしめられたときにNOx吸収剤から放出するようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。

図面の簡単な説明 第１図は内燃機関の全体図、第２図は基本燃料噴射時間のマップを示す図、第３図は補正係数Ｋの変化を示す図、第４図は機関から排出される排気ガス中の未燃HC,C
Oおよび酸素の濃度を概略的に示す線図、第５図はNOxの吸放出作用を説明するための図、第６図はNOxの吸収率を示す図、第７図は空燃比の制御を示す図、第８図は割込みルーチンを示すフローチャート、第９図は燃料噴射時間TAUを算出するためのフローチャート、第10図は内燃機関の別の実施例を示す全体図、第11図は内燃機関の更に別の実施例を示す全体図、第12図はNOx放出処理を行うためのフローチャートである。

発明を実施するための最良の形態 第１図は本発明をガソリン機関に適用した場合を示している。

第１図を参照すると、１は機関本体、２はピストン、
３は燃焼室、４は点火栓、５は吸気弁、６は吸気ポート、７は排気弁、８は排気ポートを夫々示す。 吸気ポート６は対応する枝管９を介してサージタンク10に連結され、各枝管９には夫々吸気ポート６内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁11が取付けられる。 サージタンク10は吸気ダクト12およびエアフローメータ13を介してエアクリーナ14に連結され、吸気ダクト12内にはスロットル弁
15が配置される。 一方、排気ポート８は排気マニホルド
16および排気管17を介してNOx酸化剤18およびNOx吸収剤
19を内蔵したケーシング20に接続される。 第１図に示されるようにNOx酸化剤18は同一のケーシング20においてN
Ox吸収剤19のすぐ上流に設けられている。

電子制御ユニット30はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって相互に接続されたROM（リードオンメモリ）32、RAM（ランダムアクセスメモリ）3
3、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。 エアフローメータ13は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧がAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。 また、入力ポート35には機関回転数を表わす出力ポート36は対応する駆動回路38,39を介して夫々点火栓４および燃料噴射弁11に接続される。

第１図に示す内燃機関では例えば次式に基づいて燃料噴射時間・TAUが算出される。

TAU＝TP・Ｋ ここでTPは基本燃料噴射時間を示しており、Ｋは補正係数を示している。 基本燃料噴射時間TPは機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比とするのに必要な燃料噴射時間を示している。 この基本燃料噴射時間TPは予め実験により求められ、機関負荷Q/N（吸入空気量Q/機関回転数Ｎ）および機関回転数Ｎの関数として第２図に示すようにマップの形で予めROM32内に記憶されている。 補正係数Ｋは機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を制御するための係数であってＫ＝1.0であれば機関シリンダ内に供給される混合気は理論空燃比となる。 これに対してＫ＜1.0になれば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比よりも大きくなり、即ちリーンとなり、Ｋ＞1.0になれば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比よりも小さくなる、即ちリッチとなる。

この補正係数Ｋは機関の運転状態に応じて制御され、
第３図はこの補正係数Ｋの制御の一実施例を示している。 第３図に示す実施例では暖機運転中は機関冷却水温が高くなるにつれて補正係数Ｋが徐々に低下せしめられ、暖機が完了する補正係数Ｋは1.0よりも小さい一定値に、即ち機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比がリーンに維持される。 次いで加速運転が行われれば補正係数Ｋは例えば1.0とされ即ち機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比とされ、全負荷運転が行われれば補正係数Ｋは1.0よりも大きくされる、即ち機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比はリッチにされる。 第３図からわかるように第３図に示される実施例では暖機運転時に、加速運転時および全負荷運転時を除けば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は一定のリーン空燃比に維持されており、従って大部分の機関運転領域においてリーン混合気が燃焼せしめられることになる。

第４図は燃焼室３から排出される排気ガスの代表的な成分の濃度を概略的に示している。 第４図からわかるように燃焼室３から排出される排気ガス中の未燃HC,COの濃度は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリッチになるほど増大し、燃焼室３から排出される排気ガス中の酸素O ₂の濃度は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。

ケーシング20内に収容されているNOx吸収剤19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のような貴金属とが担持されている。 機関吸気通路およびNOx吸収剤19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NOx吸収剤19への流入排気ガスの空燃比と称するとこのNOx吸収剤19は流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはNOxを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したNOxを放出するNOxの吸放出作用を行う。 なお、NOx吸収剤19上流の排気通路内に燃料（炭化水素）或いは空気が供給されない場合には流入排気ガスの空燃比は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比に一致し、従ってこの場合にはNOx吸収剤19は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリーンのときにはNOxを吸収し、燃焼室３内に供給される混合気中の酸素濃度が低下すると吸収したNOxを放出することになる。

上述のNOx吸収剤19を機関排気通路内に配置すればこのNOx吸収剤19は実際にNOxの吸放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。 しかしながらこの吸放出作用は第５図に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。 次にこのメカニズムについて担体上に白金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。

即ち、流入排気ガスがかなりリーンになると流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、第５図（Ａ）に示されるようにこれら酸素O ₂がO ₂ ^-の形で白金Ptの表面に付着する。 一方、流入排気ガス中のNOは白金Ptの表面上で
O ₂ ^-と反応し、NO ₂となる（2NO＋O ₂ →2NO ₂ ）。 次いで生成されたNO ₂の一部は白金Pt上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら第５図（Ａ）に示されるように硝酸イオンNO ₃ ^-の形で吸収剤内に拡散する。 このようにしてNOxがNOx吸収剤19内に吸収される。

流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ptの表面で
NO ₂が生成され、吸収剤のNOx吸収能力が飽和しない限り
NO ₂が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンNO ₃ ^-が生成される。 これに対して流入排気ガス中の酸素濃度が低下して
NO ₂の生成量が低下すると反応が逆方向（NO ₃ ^- →NO ₂ ）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンNO ₃ ^-がNO ₂の形で吸収剤から放出される。 即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下するとNOx吸収剤19からNOxが放出されることになる。 第４図に示されるように流入排気ガスのリーンの度合が低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、
従って流入排気ガスのリーンの度合を低くすればたとえ流入排気ガスの空燃比がリーンであってもNOx吸収剤19
からNOxが放出されることになる。

一方、このとき燃焼室３内に供給される混合気がリッチにされて流入排気ガスのリーンの空燃比がリッチになると第４図に示されるように機関からは多量の未燃HC,C
Oが排出され、これら未燃HC,COは白金Pt上の酸素O ₂ ^-と反応して酸化せしめられる。 また、流入排気ガスの空燃比がリッチになると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からNO ₂が放出され、このNO ₂は第５図（Ｂ）に示されるように未燃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 ₂が存在しなくなると吸収剤から次から次へとNO ₂が放出される。 従って流入排気ガスの空燃比をリッチにすると短時間のうちにNOx吸収剤19からNOxが放出されることになる。

即ち、流入排気ガスの空燃比をリッチにするとまず初めに未燃HC,COが白金Pt上のO ₂ ^-とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金Pt上のO ₂ ^-が消費されてもまだ未燃HC,COが残っていればこの未燃HC,COによって吸収剤から放出されたNOxおよび機関から排出されたNOxが還元せしめられる。 従って流入排気ガスの空燃比をリッチにすれば短時間のうちにNOx吸収剤19に吸収されているNOx
が放出され、しかもこの放出されたNOxが還元されるために大気中にNOxが排出されるのを阻止することができることになる。 また、NOx吸収剤19は還元触媒の機能を有しているので流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にしてもNOx吸収剤19から放出されたNOxが還元せしめられる。 しかしながら流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にした場合にはNOx吸収剤19からNOxが徐々にしか放出されないためにNOx吸収剤19に吸収されている全NOxを放出させるには若干長い時間を要する。

ところで前述したように流入排気ガスの空燃比のリーンの度合を低くすればたとえ流入排気ガスの空燃比がリーンであってもNOx吸収剤19からNOxが放出される。 従ってNOx吸収剤19からNOxを放出させるには流入排気ガス中の酸素濃度を低下させればよいことになる。 ただし、NO
x吸収剤19からNOxが放出されても流入排気ガスの空燃比がリーンであるとNOx吸収剤19においてNOxが還元されず、従ってこの場合にはNOx吸収剤19の下流にNOxを還元しうる触媒を設けるか、或いはNOx吸収剤19の下流に還元剤を供給する必要がある。 むろんこのようにNOx吸収剤19の下流においてNOxを還元することは可能であるがそれよりもむしろNOx吸収剤19においてNOxを還元する方が好ましい。 従って本発明による実施例ではNOx吸収剤1
9からNOxを放出すべきときには流入排気ガスの空燃比が理論空燃比或いはリッチにされ、それによってNOx吸収剤19から放出されたNOxをNOx吸収剤19において還元するようにしている。

第６図の破線は流入排気ガスの空燃比がリーンであるときにNOx吸収剤19に吸収されるNOxの吸収率Ｒを示している。 なお、横軸ＴはNOx吸収剤19の温度を示しており、実際にはこのNOx吸収剤19の温度ＴはNOx吸収剤19に流入する排気ガス温にほぼ等しくなる。 第６図の破線からわかるようにNOx吸収剤19の温度がほぼ200℃よりも低くなるとNOxの酸化作用（2NO＋O ₂ →２NO ₂ ）が弱まるためにNOx吸収率Ｒが低下する。 一方、NOx吸収剤19の温度Ｔがほぼ500℃よりも高くなるとNOx吸収剤19に吸収されているNOxが分解してNOx吸収剤19から自然放出されるためにNOx吸収率Ｒは低下する。 従ってNOxはNOx吸収剤19
の温度Ｔが一定温度範囲（ほぼ200℃＜Ｔ＜ほぼ500℃）
内にあるときにNOx吸収剤19に良好に吸収されることになる。

ところが実際には機関始動直後はもとより暖機完了後であっても機関負荷が小さくなると排気ガス温がかなり低くなり、その結果NOx吸収剤19が200℃よりもかなり低くなる場合がある。 このようにNOx吸収剤19の温度が200
℃よりもかなり低くなると第６図において破線で示されるようにNOx吸収剤19がNOxを吸収しなくなるのでNOxが放出されることになる。

ところでNOx吸収剤19の温度が200℃よりも低くなったときにNOx吸収剤19がNOxを吸収しなくなるのはNO ₂ ^-が吸収剤内に拡散しなくなるのではなくて上述したように白金Ptによる酸化作用（2NO＋O ₂ →２NO ₂ ）が弱まるからである。 言い換えるとNOx吸収剤19の温度が200℃より低くなってもNOxが酸化されればNOxはNO ₃ ^-の形で吸収剤内に拡散され、従ってNOx吸収剤19の温度が200℃よりも低くなったときにNOxをNOx吸収剤19に吸収させるためにはNO
xの酸化作用（2NO＋O ₂ →２NO ₂ ）を促進してやればよいことになる。 そのために本発明による実施例ではNOx吸収剤19の上流にNOx酸化剤18が設けられている。

このNOx酸化剤18は例えばアルミナを担体としてこの担体上に白金Pt、パラジウムPd、セリアCeO ₂ 、ランタンコバルトペロブスカイトLaCoO ₃又は五酸化バナジウムV ₂
O ₅から選ばれた少なくとも一つを担体させた触媒からなり、このNOx酸化剤18はNOx酸化剤18の温度が100℃から2
50℃の範囲内でNOxを酸化させることができる。 従ってこのNOx酸化剤18をNOx吸収剤19の上流に配置すると排気ガス温が低くなってNOx吸収剤19の温度が200℃以下になってもNOx酸化剤18によりNOxの酸化作用2NO＋O ₂ →２N
O ₂ ）が行われるためにNOxがNOx吸収剤19に良好に吸収されることになる。 従って第６図において破線で示されるようにNOx吸収剤19によりNOxを吸収しうる温度範囲がほぼ100°＜Ｔ＜ほぼ500℃まで広がり、斯くして機関の始動直後を除く機関の全運転領域においてNOxをNOx吸収剤
19に吸収できることになる。

なお、NOx酸化剤18により酸化されたNO ₂をそのまま放置しておくと比較的短時間のうちに再びNOxに戻ってしまう。 従ってNO ₂がNOxに戻る前にNO ₂をNOx吸収剤19に吸収させるためにNOx酸化剤18はNOx吸収剤19に隣接して配置されている。

第３図に示されるように本発明による実施例では暖機運転時および全負荷運転時には燃焼室３内に供給される混合気がリッチにされ、また加速運転時には混合気が理論空燃比とされるがそれ以外の大部分の運転領域ではリーン混合気ガ燃焼室３内において燃焼せしめられる。 この場合、燃焼室３内において燃焼せしめられる混合気の空燃比はほぼ18.0以上であって第１図に示される実施例では空燃比が20から24程度のリーン混合気の燃焼せしめられる。 空燃比が18.0以上になると三元触媒がたとえリーン空燃比の下で還元性を有していたとしてもNOxを十分に還元することができず、従ってこのようなリーン空燃比の下でNOxを還元するために三元触媒を用いることはできない。 また、空燃比が18.0以上であってもNOxを還元しうる触媒としてはCu−ゼオライト触媒があるがこのCu−ゼオライト触媒は耐熱性に欠けるためにこのCu−
ゼオライト触媒を用いることは実際問題として好ましくない。 従って結局、空燃比が18.0以上のときにNOxを浄化するには本発明において使用されているNOx吸収剤19
を用いる以外には道はないことになる。

ところで本発明による実施例では上述したように全負荷運転時には燃焼室３内に供給される混合気がリッチとされ、また加速運転時には混合気が理論空燃比とされるので全負荷運転時および加速運転時にNOx吸収剤19からN
Oxが放出されることになる、しかしながらこのような全負荷運転或いは加速運転が行われる頻度が少なければ全負荷運転時および加速運転時にのみNOx吸収剤19からNOx
が放出されたとしてもリーン混合気が燃焼せしめられている間にNOx吸収剤19によるNOxの吸収能力が飽和してしまい、斯くしてNOx吸収剤19によりNOxを吸収できなくなってしまう。 従って本発明による実施例ではリーン混合気が継続して燃焼せしめられているときには第７図（Ａ）に示されるように流入排気ガスの空燃比を周期的にリッチにするか、或いは第７図（Ｂ）に示されるように流入排気ガスの空燃比が周期的に理論空燃比にされる。 なお、この場合、第７図（Ｃ）に示されるように周期的にリーンの度合を低下させるようにしてもよいがこの場合にはNOx吸収剤19においてNOxが還元されないために前述したようにNOx吸収剤19の下流においてNOxを還元させなければならない。

第７図（Ａ）に示すように流入排気ガスの空燃比が周期的にリッチにされる場合についてみるとリーン混合気の燃焼が行われている時間t ₁に比べて流入排気ガスの空燃比がリッチにされる時間t ₂は極めて短い。 具体的に言うと流入排気ガスの空燃比がリッチにされる時間t ₂はほぼ10秒以内であるのに対してリーン混合気の燃焼が行われている時間t ₁は10数分間から１時間以上の時間となる。 即ち、言い換えるとt ₂はt ₁の50倍以上の長さとなる。 これは第７図（Ｂ）および（Ｃ）に示す場合でも同様である。

ところでNOx吸収剤19からのNOxの放出作用は一定量の
NOxがNOx吸収剤19に吸収されたとき、例えばNOx吸収剤1
9の吸収能力の50％NOxを吸収したときに行われる。 NOx
吸収剤19に吸収されるNOxの量は機関から排出される排気ガスの量と排気ガス中のNOx濃度に比例しており、この場合排気ガス量は吸入空気量に比例し、排気ガス中の
NOx濃度は機関負荷に比例するのでNOx吸収剤19に吸収されるNOx量は正確には吸入空気量と機関負荷に比例することになる。 従ってNOx吸収剤19に吸収されているNOxの量は吸入空気量と機関負荷の積の累積値から推定することができるが本発明による実施例では単純化して機関回転数の累積値からNOx吸収剤19に吸収されているNOx量を推定するようにしている。

次に第８図を参照して本発明によるNOx吸収剤19の吸放出制御の一実施例について説明する。

第８図は一定時間毎に実行される割込みルーチンを示している。

第８図を参照するとまず初めにステップ100において基本燃料噴射時間TPに対する補正係数Ｋが1.0よりも小さいか否か、即ちリーン混合気が燃焼せしめられているか否かが判別される。 Ｋ＜1.0のとき、即ちリーン混合気が燃焼せしめられているときにはステップ101に進んで現在の機関回転数NEにΣNEを加算した結果がΣNEとれる。 従ってこのΣNEは機関回転数NEの累積値を示している。 次いでステップ102では累積回転数ΣNEが一定値SNE
よりも大きいか否かが判別される。 この一定値SNEはNOx
吸収剤19にそのNOx吸収能力の例えば50％のNOx量が吸収されたと推定される累積回転数を示している。 ΣNE≦SN
Eのときには処理サイクルを完了し、ΣNE＞SNEのとき、
即ちNOx吸収剤19にそのNOx吸収能力の50％のNOx量が吸収されたと推定されたときにはステップ103に進んでNOx
放出フラグがセットされる。 NOx放出フラグがセットされると後述するように機関シリンダ内に供給される混合気がリッチにせしめられる。

次いでステップ104ではカウント値Ｃが１だけインクリメントされる。 次いでステップ105ではカウント値Ｃ
が一定値C ₀よりも大きくなったか否か、即ち例えば５秒間経過したか否かが判別される。 Ｃ≦C ₀のときには処理ルーチンを完了し、Ｃ＞C ₀になるとステップ106に進んでNOx放出フラグがリセットされる。 NOx放出フラグがリセットされると後述するように機関シリンダ内に供給される混合気がリッチからリーンに切換えられ、斯くして機関シリンダ内に供給される混合気は５秒間リッチにされることになる。 次いでステップ107において累積回転数ΣNEおよびカウント値Ｃが零とされる。

一方、ステップ100においてＫ≧1.0と判断されたとき、即ち機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比が理論空燃比又はリッチのときにはステップ108に進んでＫ≧1.0の状態が一定時間、例えば10秒間継続したか否かが判別される。 Ｋ≧1.0の状態が一定時間継続しなかったときには処理サイクルを完了し、Ｋ≧1.0の状態が一定時間継続したときはステップ109に進んで累積回転数ΣNEが零とされる。

即ち、機関シリンダ内に供給される混合気が理論空燃比又はリッチとされている時間が10秒程度継続すればNO
x吸収剤19に吸収されている大部分のNOxは放出したものと考えられ、従ってこの場合にはステップ109において累積回転数ΣNEが零とされる。

第９図は燃料噴射時間TAUの算出ルーチンを示しており、このルーチンは繰返し実行される。

第９図は参照するとまず初めにステップ200において第２図に示すマップから基本燃料噴射時間TPが算出される。 次いでステップ201ではリーン混合気の燃焼を行うべき運転状態であるか否かが判別される。 リーン混合気の燃焼を行うべき運転状態でないとき、即ち暖機運転時、又は加速運転時又は全負荷運転時のときにはステップ202に進んで補正係数Ｋが算出される。 機関暖機運転時にはこの補正係数Ｋは機関冷却水温の関数であり、Ｋ
≧1.0の範囲で機関冷却水温が高くなるほど小さくなる。 また、加速運転時には補正係数Ｋは1.0とされ、全負荷運転時には補正係数Ｋは1.0よりも大きな値とされる。 次いでステップ203では補正係数ＫがKtとされ、次いでステップ204において燃料噴射時間TAU（＝TP・Kt）
が算出される。 このときには機関シリンダ内に供給される混合気が理論空燃比又はリッチとされる。

一方、ステップ201においてリーン混合気の燃焼を行うべき運転状態であると判別されたときにはステップ20
5に進んでNOx放出フラグがセットされているか否かが判別される。 NOx放出フラグがセットされていないときにはステップ206に進んで補正係数Ｋが例えば0.6とされ、
次いでステップ207において補正係数ＫがKtとされた後にステップ204に進む。 従ってこのときには機関シリンダ内にリーン混合気が供給される。 一方、ステップ205
においてNOx放出フラグがセットされたと判断されたときにはステップ208に進んで予め定められた値KKがKtとされ、次いでステップ204に進む。 この値KKは機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比が12.0から13.5程度となる1.1から1.2程度の値である。 従ってこの時には機関シリンダ内にリッチ混合気が供給され、それによって
NOx吸収剤19に吸収されているNOxが放出されることになる。 なお、NOx放出時に混合気を理論空燃比にする場合にはKKの値は1.0とされる。

第10図に別の実施例を示す。 この実施例において第１
図に示す実施例と同一の構成要素は同一の符号で示す。

この実施例ではケーシング20の出口側が排気管22を介して三元触媒23を内蔵した触媒コンバータ24に連結されている。 この三元触媒23はよく知られているように空燃比が理論空燃比付近に維持されているときにCO,HCおよびNOxに対して高い浄化効率を発揮するがこの三元触媒2
3は空燃比がある程度リッチになっているときでもNOxに対して高い浄化効率を有する。 第10図に示す実施例ではこの特性を利用してNOxを浄化するためにNOx吸収剤19の下流に三元触媒23を設けている。

即ち、前述したようにNOx吸収剤19からNOxを放出すべく機関シリンダ内に供給される混合気をリッチにすると
NOx吸収剤19に吸収されているNOxがNOx吸収剤19から急激に放出される。 このときNOxは放出時に還元されるが全てのNOxが還元されない可能性がある。 しかしながらN
Ox吸収剤19の下流に三元触媒23を配置しておくとNOx放出時に還元されなかったNOxは三元触媒23により還元されることになる。 従ってNOx吸収剤19の下流に三元触媒2
3を配置することによってNOxの浄化性能を一層向上することができることになる。

これまで述べた実施例ではNOx吸収剤としてアルカリ金属、アルカリ土類、希土類から選ばれた少なくとも一つの貴金属とをアルミナ上に担持したNOx吸収剤19が用いられている。 しかしながらこのようなNOx吸収剤19を用いる代わりにアルカリ土類と銅の複合酸化物、即ちBa
−Cu−Ｏ系のNOx吸収剤を用いることもできる。 このようなアルカリ土類と銅の複合酸化物としては例えばMnO ₂
・BaCuO ₂を用いることができ、この場合、白金Pt或いはセリウムCeを添加することもできる。

このBa−Cu−Ｏ系のNOx吸収剤では銅Cuがこれまで述べたNOx吸収剤19の白金Ptと同様な触媒作用をなし、空燃比がリーンのときには銅CuによりNOxが酸化されて（2
NO＋O ₂ →２NO ₂ ）硝酸イオンNO ₃ ^-の形で吸収剤内に拡散される。 一方、空燃比をリッチにすれば同様に吸収剤からNOxが放出され、このNOxは銅Cuの触媒作用を触媒作用によって還元せしめられる。 しかしながら銅CuのNOx還元力は白金PtのNOx還元力に比べて弱く、従ってBa−Cu
−Ｏ系の吸収剤を用いた場合にはこれまで述べたNOx吸収剤19に比べてNOx放出時に還元されないNOx量が若干増大する。 従ってBa−Cu−Ｏ系の吸収剤を用いた場合には第10図に示されるように吸収剤の下流に三元触媒32を配置することが好ましい。

第11図は本発明をディーゼル機関に適用した場合を示している。 なお、第11図において第１図と同様な構成要素は同一符号で示す。

ディーゼル機関では通常あらゆる運転状態において空気過剰率が1.0以上、即ち燃焼室３内の混合気の平均空燃比がリーンの状態で燃焼せしめられる。 従ってこのとき排出されるNOxはNOx吸収剤19に吸収される。 一方、NO
x吸収剤19からNOxを放出すべきときにはNOx吸収剤19への流入排気ガスの空燃比がリッチにされる。 この場合、
第11図に示される実施例では燃焼室３内の混合気の平均空燃比はリーンにおいてNOx吸収剤19上流の機関排気通路内に炭化水素を供給することによりNOx吸収剤19への流入排気ガスの空燃比がリッチにされる。

第11図を参照するとこの実施例ではアクセルペダル40
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
41が設けられ、この負荷センサ41の出力電圧はAD変換器
42を介して入力ポート35に入力される。 また、この実施例では排気管17内に還元剤供給弁25が配置され、この還元剤供給弁25は供給ポンプ６を介して還元剤タンク27に連結される。 電子制御ユニット30の出力ポート36は夫々駆動回路43,44を介して還元剤供給弁25および供給ポンプ26に接続される。 還元剤タンク27内にはガソリン、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油のような炭化水素、或いは液体の状態で保持しうるブタン。 プロパンのような炭化水素が充填されている。

この実施例では通常燃焼室３内の混合気は空気過剰のもとで、即ち平均空燃比ガリーンの状態で燃焼せしめられており、このとき機関から排出されたNOxはNOx吸収剤
19に吸収される。 NOx吸収剤19からNOxを放出すべきときには供給ポンプ26が駆動されると共に還元剤供給弁25が開弁せしめられ、それによって還元剤タンク27内に充填されている炭化水素が還元剤供給弁25から排気管17に一定時間、例えば５秒間から20秒間供給される。 このときの炭化水素の供給量はNOx吸収剤19に流入する流入排気ガスの空燃比がリッチとなるように定められており、従ってこのときにNOx吸収剤19からNOxが放出されることになる。

第12図はこのNOx放出処理を実行するための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。

第12図を参照するとまず始めにステップ300において現在の機関回転数NEにΣNEを加算した結果がΣNEとされる。 従ってこのΣNEは機関回転数NEの累積値を示している。 次いでステップ301では累積回転数ΣNEが一定値SNE
よりも大きいか否かが判別される。 この一定値SNEはNOx
吸収剤19にそのNOx吸収能力の例えば50％のNOx量が吸収されたと推定される累積回転数を示している。 ΣNE≦SN
Eのときには処理サイクルを完了し、ΣNE＞SNEのとき、
即ちNOx吸収剤19にそのNOx吸収能力の50％のNOx量が吸収されたと推定されたときにはステップ302に進んで供給ポンプ26が一定時間、例えば５秒間から20秒間駆動される。 次いでステップ303では還元剤供給弁25が一定時間、例えば５秒間から20秒間開弁せしめられ、次いでステップ304において累積回転数ΣNEが零とされる。

いずれの実施例でもNOx吸収剤19の上流にNOx酸化剤18
が配置されており、従って排気ガス温が低くなる機関低負荷運転時であってもNOxをNOx吸収剤19に良好に吸収することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. ⁶識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０ Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０Ｌ