(57)【要約】【課題】銀、銅又はセリア等を備えたフィルタの硫黄被毒をより確実に防止することにある。【解決手段】排気浄化装置は、機関排気通路内に配置された排気ガス中の硫黄成分を吸蔵可能なＳトラップ触媒１２と、機関排気通路内であってＳトラップ触媒の排気下流側に配置され且つ含酸素物質から酸素を遊離させる酸素遊離金属粒子及びセリア微粒子を備えたパティキュレートフィルタ１５とを具備する。Ｓトラップ触媒に吸蔵された硫黄成分を離脱させるときには、パティキュレートフィルタの温度を硫黄吸蔵防止温度以上の温度にする。【選択図】図１
2010007639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に配置された排気ガス中の硫黄成分を吸蔵可能なＳトラップ触媒と、機関排気通路内であって該Ｓトラップ触媒の排気下流側に配置され且つ含酸素物質から酸素を遊離させる酸素遊離金属粒子及びセリア微粒子を備えたパティキュレートフィルタとを具備する内燃機関の排気浄化装置において、
上記Ｓトラップ触媒に吸蔵された硫黄成分を離脱させるときには、パティキュレートフィルタの温度を硫黄吸蔵防止温度以上の温度にする、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記酸素遊離金属粒子及びセリア微粒子は、酸素遊離金属粒子及び該酸素遊離金属粒子の周囲を覆っているセリア微粒子からなる凝集体としてパティキュレートフィルタに設けられる、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記活性酸素生成金属は銀である、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
機関排気通路内であってＳトラップ触媒よりも排気上流側に配置され且つ機関排気通路内を流れる排気ガス中に燃料を供給する燃料供給弁をさらに具備し、
上記パティキュレートフィルタ上に堆積した粒子状物質を除去するときには、上記燃料供給弁から排気ガス中に燃料が供給される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記パティキュレートフィルタは白金族金属を具備しない、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機関排気通路内にパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という）を配置して、機関本体から排出された排気ガス中に含まれる粒子状物質を除去することが知られている。このようなフィルタでは、捕集した粒子状物質が徐々にフィルタ上に堆積していく。フィルタへの粒子状物質の堆積量が或る程度多くなると、フィルタに目詰まりが生じ、フィルタに起因する排気ガスの圧力損失が大きくなり、これにより内燃機関の出力の低下や燃焼の悪化を招いてしまう。このため、多くのフィルタでは、フィルタへの粒子状物質の堆積量が多くなるとフィルタの昇温が行われる。これにより、フィルタ上に堆積している粒子状物質が酸化除去せしめられ、フィルタに起因する排気ガスの圧力損失が低下せしめられる。
【０００３】
ここで、フィルタを昇温するには、通常、燃料が消費され、また、フィルタの温度が上昇し過ぎるとフィルタの劣化を招くことになる。従って、できるだけ低い温度で粒子状物質の酸化除去を行うようにすることが好ましい。そこで、粒子状物質の燃焼開始温度を低下させるべく、フィルタに銀、銅又はセリアを担持させることが提案されている（例えば、特許文献１）。このようにフィルタに銀、銅又はセリアを担持させると、粒子状物質の燃焼開始温度が低下せしめられ、その結果、フィルタの昇温に伴う燃料消費及びフィルタの劣化が抑制せしめられる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７３７４８号公報
【特許文献２】特開２００４−４２０２４号公報
【特許文献３】特開２００２−１３８８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、銀、銅又はセリア等は硫黄被毒し易い。このため、これらを担持したフィルタに流入する排気ガス中に硫黄成分が含まれていると、銀、銅又はセリア等が硫黄被毒してしまい、フィルタの粒子状物質酸化能力が低下し、その結果、粒子状物質の燃焼開始温度が上昇してしまう。
【０００６】
このため、フィルタの排気上流側に排気ガス中の硫黄成分を吸蔵するＳトラップ触媒を設けることが考えられる。これにより、フィルタに流入する前にＳトラップ触媒において排気ガス中の硫黄成分が除去され、よってフィルタには硫黄成分のほとんど含まれていない排気ガスが流入することになる。
【０００７】
ところが、Ｓトラップ触媒の硫黄吸蔵能力は無限ではなく、Ｓトラップ触媒に或る程度の硫黄成分が吸蔵されると、それ以上硫黄成分を吸蔵することができなくなってしまう。このため、Ｓトラップ触媒の硫黄成分吸蔵量が多くなると、Ｓトラップ触媒に吸蔵されている硫黄成分を脱離させる硫黄回復処理が行われる。このとき、Ｓトラップ触媒から流出した硫黄成分はフィルタ内に流入し、フィルタの硫黄被毒を招いてしまうことになる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、銀、銅又はセリア等を備えたフィルタの硫黄被毒をより確実に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１の発明では、機関排気通路内に配置された排気ガス中の硫黄成分を吸蔵可能なＳトラップ触媒と、機関排気通路内であって該Ｓトラップ触媒の排気下流側に配置され且つ含酸素物質から酸素を遊離させる酸素遊離金属粒子及びセリア微粒子を備えたパティキュレートフィルタとを具備する内燃機関の排気浄化装置において、上記Ｓトラップ触媒に吸蔵された硫黄成分を離脱させるときには、パティキュレートフィルタの温度を硫黄吸蔵防止温度以上の温度にする。
第１の発明によれば、Ｓトラップ触媒に吸蔵された硫黄成分を離脱させるときにはパティキュレートフィルタの温度が硫黄吸蔵防止温度以上の温度とされるため、Ｓトラップ触媒から流出する排気ガス中の硫黄成分はパティキュレートフィルタには吸蔵されずに、そのままパティキュレートフィルタを通過することになる。これにより、パティキュレートフィルタの硫黄被毒を確実に防止することができる。
【００１０】
第２の発明では、第１の発明において、上記酸素遊離金属粒子及びセリア微粒子は、酸素遊離金属粒子及び該酸素遊離金属粒子の周囲を覆っているセリア微粒子からなる凝集体としてパティキュレートフィルタに設けられる。
【００１１】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、上記活性酸素生成金属は銀である。
【００１２】
第４の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、機関排気通路内であってＳトラップ触媒よりも排気上流側に配置され且つ機関排気通路内を流れる排気ガス中に燃料を供給する燃料供給弁をさらに具備し、上記パティキュレートフィルタ上に堆積した粒子状物質を除去するときには、上記燃料供給弁から排気ガス中に燃料が供給される。
第５の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、上記パティキュレートフィルタは白金族金属を具備しない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、銀、銅又はセリア等を備えたフィルタの硫黄被毒をより確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の排気浄化装置の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１５】
図１に圧縮自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内にそれぞれ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それぞれ示す。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の入口はエアクリーナ８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９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１０が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置１０内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００１６】
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の出口は上流側触媒コンバータ１１の入口に連結される。上流側触媒コンバータ１１内にはＳトラップ触媒１２が配置される。上流側触媒コンバータ１１の出口は排気管１３を介して下流側触媒コンバータ１４に連結される。下流側触媒コンバータ１４内にはパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」という）１５が配置される。また、排気マニホルド５の例えば１番気筒のマニホルド枝管５ａ内に燃料を供給するための燃料供給装置１６が設けられている。なお、燃料供給装置１６は、後述するＳトラップ触媒の昇温を行うことができれば、燃料以外の物質を排気ガス中に供給してもよい。
【００１７】
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２０を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２０内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２１が配置される。また、ＥＧＲ通路２０周りにはＥＧＲ通路２０内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２２が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置２２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２３を介してコモンレール２４に連結される。このコモンレール２４内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２５から燃料が供給され、コモンレール２４内に供給された燃料は各燃料供給管２３を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００１８】
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。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１０°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。
【００１９】
Ｓトラップ触媒１３にはＳトラップ触媒１３の温度を検出するための温度センサ４３が取付けられ、フィルタ１５にはフィルタ１５の温度を検出するための温度センサ４４が取付けられる。これら温度センサ４３、４４の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、フィルタ１５にはフィルタ１５の前後差圧を検出するための差圧センサ４５が取付けられており、この差圧センサ４５の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。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９駆動用ステップモータ、燃料供給装置１６、ＥＧＲ制御弁２１および燃料ポンプ２５に接続される。
【００２０】
まず初めに、図１に示されるフィルタ１５について説明する。図２（Ａ）および（Ｂ）はフィルタ１５の構造を示している。なお、図２（Ａ）はフィルタ１５の正面図を示しており、図２（Ｂ）はフィルタ１５の側面断面図を示している。図２（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにフィルタ１５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流通路６０、６１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓６２により閉塞された排気ガス流入通路６０と、上流端が栓６３により閉塞された排気ガス流出通路６１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栓６３を示している。従って排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は薄肉の隔壁６４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は各排気ガス流入通路６０が４つの排気ガス流出通路６１によって包囲され、各排気ガス流出通路６１が４つの排気ガス流入通路６０によって包囲されるように配置される。
【００２１】
フィルタ１５は例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは図２（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出する。このように排気ガスが隔壁６４内を通って流れる間に、排気ガス中に含まれる粒子状物質がフィルタ１５に捕集されることになる。
【００２２】
このようにしてフィルタ１５に捕集された粒子状物質はフィルタ１５上に堆積する。フィルタ１５上への粒子状物質の堆積量が増大すると、隔壁６４内の細孔に目詰まりが生じ、フィルタ１５に起因する排気ガスの圧力損失が大きくなる。圧力損失の増大は、排気ガスが流れにくくなることによる内燃機関の出力の低下や、燃焼の悪化を招いてしまう。従って、内燃機関の出力の低下や燃焼の悪化を防止するためには、フィルタ１５上への粒子状物質の堆積量が限界堆積量よりも多くなった場合には、フィルタ１５上に堆積している粒子状物質を酸化除去する必要がある。ここで、限界堆積量とは、それ以上フィルタ１５への粒子状物質の堆積量が増大すると、フィルタ１５に起因する圧力損失が増大して内燃機関の運転状態の悪化等を招いてしまうような量である。
【００２３】
通常、粒子状物質の燃焼開始温度は７００℃以上であり、よってフィルタ１５上に堆積している粒子状物質を酸化除去するためにはフィルタ１５の温度を７００℃以上に昇温しなければならない。しかしながら、フィルタ１５の昇温は、機関本体から排出される排気ガスの温度が高くなるように膨張行程中に燃料噴射を行ったり、機関本体から排出される排気ガス中に未燃の燃料が含まれるように膨張行程中に燃料噴射を行って未燃の燃料をフィルタ等で燃焼させたり、機関排気通路上に設けられた燃料供給装置１６から燃料を供給して燃料をフィルタ等で燃焼させたりすることによって行われるため、フィルタ１５の昇温を行うと燃費の悪化を招いてしまう。従って、フィルタ１５の温度をそれほど上昇させなくてもフィルタ１５上に堆積している粒子状物質を酸化除去することができることが好ましい。
【００２４】
これに対して、本実施形態のフィルタ１５では、比較的低温で粒子状物質を酸化除去することができる。以下では、本実施形態のフィルタ１５による粒子状物質の酸化除去メカニズムについて図３を参照して説明する。
【００２５】
本実施形態のフィルタ１５は、例えばコージェライトで形成された基材上に、白金族以外の金属粒子、例えば銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）粒子と、この金属粒子の周囲を覆っているセリア（ＣｅＯ2）微粒子とからなる凝集体を備える。
【００２６】
なお、金属粒子は、フィルタ１５に流入する排気ガス中の含酸素物質の少なくとも酸素を遊離させ、活性酸素を生成することができるものであれば、如何なる金属粒子であってもよい。すなわち、酸素遊離材として機能すれば銀、銅粒子以外の金属粒子を用いても良い。
【００２７】
また、セリア微粒子は、酸素遊離材として機能する金属粒子（以下、「酸素遊離金属粒子」という）により生成された活性酸素を移動させることが可能なものであり、活性酸素移動材として機能する。このようなセリア微粒子は、その価数変化等を通じて活性酸素を移動することのできる材料である。このような材料を用いることによって、酸素遊離金属粒子により生成された活性酸素はセリア微粒子を移動して、凝集体上に吸着されている粒子状物質に到達することが可能となる。
【００２８】
次に、フィルタ１５による粒子状物質の酸化除去メカニズムについて酸素遊離金属粒子として銀を用いた場合を例にとって説明するが、他の酸素遊離金属粒子を用いても同様な粒子状物質の酸化除去作用が行われる。また、フィルタ１５による粒子状物質の酸化除去メカニズムについては、必ずしも定かではないが、以下のようにして粒子状物質が酸化除去さていると推察される。
【００２９】
図３（Ａ）および（Ｂ）はフィルタ１５の隔壁６４の表面上および隔壁の細孔表面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表している。図３（Ａ）および（Ｂ）において１００は銀粒子を示しており、１０２は銀粒子の周囲を覆うように設けられたセリア微粒子を示している。
【００３０】
まず、銀粒子１００により比較的低温でも含酸素物質から酸素が遊離される。次に、遊離された生成した活性酸素（Ｏ*）がセリア微粒子１０２へと移動せしめられる。このようにしてセリア微粒子１０２へと移動せしめられた活性酸素はセリア微粒子１０２上に広がる。このとき、セリア微粒子１０２表面上に粒子状物質が吸着すると、セリア微粒子１０２上に広がっている活性酸素が粒子状物質の表面に移動させられ、そこで表面酸化物が形成される。次に、このようにして形成された表面酸化物が気相の酸素により、或いはセリア微粒子を介して移動してくる活性酸素により酸化される。このような作用が繰り返されることにより、粒子状物質の表面が酸化除去されて粒子状物質が縮小していき、最終的に完全に酸化されて消失せしめられることになる。なお、本実施形態のフィルタ１５では、同様にして粒子状物質以外にも炭化水素（ＨＣ）、一酸化窒素（ＮＯ）等の成分を比較的低温で酸化することができる。
【００３１】
具体的には、例えば酸素遊離金属粒子として銀を用いた場合には、粒子状物質の燃焼（酸化）開始温度が約４００℃にまで低下するため、フィルタ１５の温度を約４００℃以上にまで昇温させることによってフィルタ１５に堆積している粒子状物質を酸化除去することができる。
【００３２】
ところで、フィルタ１５に担持されている銀やセリアは、フィルタ１５に流入する排気ガス中に硫黄成分が含まれているとその性能が低下し易い。すなわち、フィルタ１５に流入する排気ガス中に硫黄成分が含まれていると、銀及びセリアは硫黄成分と結合して硫酸塩等を形成する。このように銀及びセリアが硫酸塩等を形成してしまうと、銀による酸素遊離機能や、セリアによる活性酸素移動機能が低下してしまう（以下、このような現象をフィルタ１５の「硫黄被毒」という）。フィルタ１５の硫黄被毒が進行すると、粒子状物質を低温で酸化除去することができなくなってしまう。
【００３３】
このようなフィルタ１５の硫黄被毒による性能低下を防止するためには、排気ガスがフィルタ１５に流入する前に排気ガス中の硫黄成分を除去しておく必要がある。そこで、本実施形態では、フィルタ１５の排気上流にＳトラップ触媒１２を設け、排気ガス中の硫黄成分を除去するようにしている。
【００３４】
次に、図１に示されるＳトラップ触媒１２について説明する。Ｓトラップ触媒１２では、三次元網目構造のモノリス基体或いはペレット状基体上に例えばアルミナからなる担体層が設けられ、この担体層の表面上には貴金属触媒が分散して担持されており、更に担体層の表面上にはＳトラップ剤の層が形成されている。
【００３５】
本実施形態では貴金属触媒として白金（Ｐｔ）が用いられ、Ｓトラップ剤を構成する成分としては例えばカリウム（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、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が用いられる。
【００３６】
このように構成されたＳトラップ触媒１２では、Ｓトラップ剤としてバリウムを用いた場合、排気ガス中に硫黄成分（例えば、ＳＯ2）が含まれていると、排気ガスの空燃比がリーンの時、排気ガス中のＳＯ2が白金Ｐｔ上で酸化されてＳＯ3-、ＳＯ4-となり、酸化バリウムＢａＯと結合してＢａＳＯ4を形成する。従って、排気ガス中に含まれていたＳＯ2はＢａＳＯ4としてＳトラップ触媒１２に吸蔵されることになる。なお、Ｓトラップ剤として他のアルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様な硫黄成分吸蔵作用が行われる。
【００３７】
Ｓトラップ触媒１２ではこのようにして流入する排気ガス中に含まれる硫黄成分が吸蔵され、排気ガスから硫黄成分が除去される。これにより、Ｓトラップ触媒１２の排気下流側に設けられたフィルタ１５に流入する排気ガス中には硫黄成分がほとんど含まれておらず、よってフィルタ１５の硫黄被毒が抑制される。
【００３８】
次に、フィルタ１５に堆積している粒子状物質を酸化除去するＰＭ再生処理について説明する。上述したようにフィルタ１５に堆積している粒子状物質を酸化除去するためには、フィルタ１５の温度を燃焼開始温度以上に昇温する必要があるが、本実施形態では、Ｓトラップ触媒１３の排気上流側に配置された燃料供給装置１６から排気ガス中に燃料を供給することによってフィルタ１５の昇温が行われる。
【００３９】
すなわち、燃料供給装置１６から供給された燃料は、Ｓトラップ触媒１３に流入すると、Ｓトラップ触媒１３に担持されている白金の酸化作用によって酸化せしめられる。この時の酸化熱により、Ｓトラップ触媒１３に流入した排気ガスは昇温せしめられる。このため、Ｓトラップ触媒１３から流出した排気ガスの温度は高温になっており、よってフィルタ１５に流入する排気ガスの温度も高温となっている。この高温の排気ガスによりフィルタ１５が燃焼開始温度以上にまで昇温せしめられる。
【００４０】
このように、本実施形態の排気浄化装置では、燃料供給装置１６から供給された燃料が全てＳトラップ触媒１２を経由してからフィルタ１５に流入せしめられる。このため、機関本体から排出された排気ガス中に含まれる硫黄成分のみならず、燃料供給装置１６から供給された燃料中に含まれる硫黄成分もＳトラップ触媒１２に吸蔵される。このため、フィルタ１５の再生処理を行うにあたり燃料供給装置１６から燃料を供給しても、フィルタ１５には硫黄成分は流入せず、よってフィルタ１５が硫黄被毒してしまうことが防止される。
【００４１】
また、上述したように、銀及びセリアを担持するフィルタ１５は、流入する排気ガス中のＨＣを酸化することも可能であるが、その酸化能力は比較的低い。このため、フィルタ１５に流入する排気ガス中にＨＣが多量に含まれていると、フィルタ１５でＨＣを完全に酸化除去することができず、フィルタ１５から流出する排気ガス中にＨＣが残ってしまう場合がある。
【００４２】
これに対して、本実施形態の排気浄化装置では、フィルタ１５の排気上流側に配置されたＳトラップ触媒１２に白金が担持されており、従ってＳトラップ触媒１２はＨＣに対する強い酸化能力を有する。このため、排気ガス中に含まれているＨＣはＳトラップ触媒１２に流入した際に酸化されるか、或いはフィルタ１５でも酸化し易いように改質される。従って、フィルタ１５にはＨＣがほとんど流入しないか、或いはフィルタ１５にＨＣが流入してもフィルタ１５で容易に酸化できるため、フィルタ１５から流出する排気ガス中にＨＣが残ってしまうことが防止される。
【００４３】
なお、上記実施形態では、Ｓトラップ触媒１２にＨＣ等に対する酸化能力を持たせて排気ガス中のＨＣを酸化除去するようにしているが、Ｓトラップ触媒１２とは別に酸化触媒を設けてこの酸化触媒によりＨＣ等を酸化させるようにしてもよい。
【００４４】
さらに、本実施形態の排気浄化装置では、フィルタ１５のＰＭ再生処理を行うにあたり、Ｓトラップ触媒１２の耐熱性能を高める必要がない。すなわち、Ｓトラップ触媒１２を排気マニホルド５の直ぐ下流側又は排気マニホルド５に直接連結された排気タービン７ｂの直ぐ下流側に配置し、フィルタ１５を車両の床下に配置した場合、Ｓトラップ触媒１２とフィルタ１５との間には比較的距離があり、Ｓトラップ触媒１２から流出した排気ガスの温度はフィルタ１５に流入するまでの間に１５０℃以上低下してしまう場合がある。このため、例えばＰＭ再生処理時にフィルタの温度を例えば６５０℃以上の高温にまで上昇させなければならないフィルタを用いた場合、ＰＭ再生処理を行うにあたってＳトラップ触媒１２の温度を８００℃以上にまで昇温しなければならない。
【００４５】
しかしながら、通常、Ｓトラップ触媒１２の温度を８００℃以上の高温にするとＳトラップ触媒１２の劣化を招いてしまう。このため、この場合には、Ｓトラップ触媒１２が８００℃以上にまで昇温されてもＳトラップ触媒１２が劣化しないようにＳトラップ触媒１２に耐熱処理を施さなければならず、製造コストの増大につながる。
【００４６】
これに対して、本実施形態の排気浄化装置では、ＰＭ再生処理を行うにあたってフィルタ１５の温度を４００℃程度まで上昇させればフィルタ１５上に堆積している粒子状物質を酸化除去することができる。このため、Ｓトラップ触媒１２とフィルタ１５の配置の関係でＳトラップ触媒１２から流出した排気ガスの温度がフィルタ１５に流入するまでの間に１５０℃以上低下してしまう場合であっても、ＰＭ再生処理時にＳトラップ触媒１２の温度は７００℃以下までしか上昇させる必要がない。このため、Ｓトラップ触媒１２に耐熱処理を施す必要はなく、製造コストを抑制することができる。
【００４７】
なお、上記実施形態では、ＰＭ再生処理を行う際に、燃料供給装置１６から排気ガス中に燃料を供給しているが、他の方法によってＰＭ再生処理を行うようにしてもよい。例えば、機関本体から排出される排気ガス中に未燃の燃料が含まれるように、膨張行程中に燃料噴射弁３から燃料噴射を行ってもよい（ポスト噴射）。この場合、機関本体から流出した未燃の燃料がＳトラップ触媒１２で酸化され、このときに生じる酸化熱により排気ガスの温度が上昇せしめられ、よって高温の排気ガスがフィルタ１５に流入してフィルタ１５が昇温せしめられる。
【００４８】
ところで、Ｓトラップ触媒１２の硫黄成分吸蔵能力は無限ではなく、硫黄成分吸蔵量が増大するとＳトラップ触媒１２に流入する排気ガス中に含まれている硫黄成分をそれ以上吸蔵することができなくなってしまう。このため、或る程度の量の硫黄成分が吸蔵されたら、吸蔵されている硫黄成分をＳトラップ触媒１２から離脱させなければならない。
【００４９】
ここで、上述したように排気ガス中に含まれていたＳＯX成分はＢａＳＯ4としてＳトラップ触媒１２に吸蔵されることになるが、ＢａＳＯ4は比較的安定であり、また、結晶が粗大化しやすいため一旦生成されると分解放出されにくい。このため、Ｓトラップ触媒１２に吸蔵されているＳＯXをＳトラップ触媒１２から離脱させるためには、Ｓトラップ剤中に生成されたＢａＳＯ4を高温で分解するとともに、これにより生成されるＳＯ3-、ＳＯ4-の硫酸イオンをスライトリーンを含むほぼ理論空燃比またはリッチ雰囲気（以下、単に「リッチ雰囲気」という）下で還元し、気体状のＳＯ2に転換してＳトラップ触媒１２から放出させる必要がある。したがってＳトラップ触媒１２からＳＯXを離脱させるためには、Ｓトラップ触媒１２を硫黄離脱温度以上の高温且つリッチ雰囲気の状態にする処理（以下、「Ｓ離脱処理」という）を行うことが必要とされる。従って、本実施形態では、Ｓトラップ触媒１２への硫黄成分吸蔵量が或る一定量以上にまで増大すると、Ｓトラップ触媒１２から硫黄成分を離脱させるべくＳ離脱処理を行うこととしている。
【００５０】
ところが、このようなＳ離脱処理を行うと、Ｓトラップ触媒１２からは硫黄成分が流出せしめられる。従って、Ｓ離脱処理中にはフィルタ１５に流入する排気ガス中には多量の硫黄成分が含まれており、フィルタ１５の硫黄被毒を招いてしまう。
【００５１】
そこで、本発明の実施形態では、Ｓトラップ触媒１２のＳ離脱処理を行うときにはフィルタ１５をリッチ雰囲気の状態にすると共にフィルタ１５の温度を硫黄吸蔵防止温度（例えば、５００℃）以上にする処理（以下、「Ｓ離脱処理」という）が行われる。これにより、Ｓトラップ触媒１２のＳ脱離処理中にフィルタ１５に流入する硫黄成分によってフィルタ１５が被毒されてしまうことが防止される。
【００５２】
すなわち、フィルタ１５をリッチ雰囲気の状態にすることによりフィルタ１５への硫黄成分の吸蔵は或る程度抑制されるが、それでもまだ硫黄成分の微量の吸蔵は起こってしまう。ここで、上述したように、銀及びセリアを備えるフィルタ１５では、硫黄被毒され易いと共に硫黄被毒による性能低下が激しいため、このような微量の硫黄成分の吸蔵も確実に防止する必要がある。
【００５３】
本実施形態では、フィルタ１５をリッチ雰囲気にすることに加えて、フィルタ１５自体の温度が硫黄吸蔵防止温度以上にまで上昇せしめられる。このようにフィルタ１５の温度を硫黄吸蔵防止温度以上にまで上昇させれば、フィルタ１５への微量の硫黄成分の吸蔵さえも防止することができ、従ってより確実にフィルタ１５の硫黄被毒を防止することができる。
【００５４】
なお、上述したようにＳトラップ触媒１２のＳ離脱処理を行う際には、Ｓトラップ触媒１２に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比又はリッチとされることから、必然的にフィルタ１５に流入する排気ガスの空燃比もほぼ理論空燃比又はリッチとなる。従って、Ｓトラップ触媒１２のＳ離脱処理実行時にフィルタ１５をリッチ雰囲気の状態にすると共にフィルタ１５の温度を硫黄吸蔵防止温度以上にするためには、Ｓ離脱処理実行時にフィルタ１５の温度が硫黄吸蔵防止温度以上になるようにフィルタ１５を昇温させればよい。
【００５５】
また、本実施形態では、Ｓ離脱処理を行うにあたりフィルタ１５の温度を硫黄吸蔵防止温度以上になるようにフィルタ１５を昇温させるとしても、Ｓトラップ触媒１２の耐熱性能を高める必要がない。すなわち、上述したようにＳトラップ触媒１２から流出した排気ガスの温度がフィルタ１５に流入するまでの間に１５０℃以上低下してしまう場合がある。しかしながら、硫黄吸蔵防止温度が約５００℃程度であるため、フィルタ１５の温度を硫黄吸蔵防止温度にまで上昇させる場合であってもＳトラップ触媒１２を７００℃以上にまで上昇させる必要はない。このため、Ｓトラップ触媒１２に耐熱処理を行う必要はなく、製造コストを抑制することができる。
【００５６】
図４は、Ｓトラップ触媒１２のＳ離脱処理及びフィルタ１５のＰＭ再生処理を制御する離脱・再生制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【００５７】
まず、ステップＳ１０では、Ｓ離脱処理の実行条件が成立しているか否かが判定される。Ｓ離脱処理の実行条件が成立しているときとは、例えば、Ｓトラップ触媒１２への硫黄成分の吸蔵量が限界吸蔵量以上である場合である。ここで、限界吸蔵量とは、それ以上Ｓトラップ触媒１２への硫黄成分の吸蔵量が増大すると、Ｓトラップ触媒１２に流入する排気ガス中に含まれる硫黄成分を十分な硫黄成分吸蔵率でＳトラップ触媒１２に吸蔵することができなくなってしまうような量である。また、Ｓトラップ触媒１２への硫黄成分の吸蔵量は、例えば、燃料噴射弁３及び燃料供給装置１６から供給された燃料の積算値や、内燃機関の運転時間、内燃機関を搭載した車両の走行距離等に基づいて算出される。
【００５８】
ステップＳ１０において、Ｓ離脱処理の実行条件が成立していると判定された場合にはステップＳ１１へと進む。ステップＳ１１では、燃料供給装置１６からの燃料供給量が算出される。燃料供給装置１６からの燃料供給量は、フィルタ１５の温度が硫黄吸蔵防止温度以上にするのに必要な量とされる。次いで、ステップＳ１２では、ステップＳ１１で算出された燃料供給量だけ燃料供給装置１５から燃料が供給される。ステップＳ１３では、温度センサ４４によって検出されたフィルタ１５の温度が硫黄吸蔵防止温度以上であるか否かが判定される。ステップＳ１３においてフィルタ１５の温度が硫黄吸蔵防止温度よりも低いと判定された場合にはステップＳ１１及びＳ１２が繰り返される。一方、ステップＳ１３においてフィルタ１５の温度が硫黄吸蔵防止温度以上であると判定された場合にはステップＳ１４へと進む。
【００５９】
ステップＳ１４では、燃料噴射弁３からの燃料噴射量及び燃料噴射時期が算出され、ステップＳ１５では、燃料供給装置１６からの燃料供給量が算出される。すなわち、本実施形態では、Ｓ離脱処理を行う際に、Ｓトラップ触媒１２に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比又はリッチにすると共にＳトラップ触媒１２の温度が硫黄離脱温度以上になり且つフィルタ１５の温度が硫黄吸蔵防止温度以上になるように、圧縮上死点直後の膨張行程中に燃料噴射弁３から燃料噴射（アフター噴射）が行われると共に、燃料供給装置１６から燃料が供給される。ステップＳ１４では、このアフター噴射における燃料噴射量及び噴射時期が算出され、ステップＳ１５ではアフター噴射における燃料噴射量等に基づいて燃料供給装置１６からの燃料供給量が算出される。
【００６０】
次いで、ステップＳ１６では、ステップＳ１４で算出された噴射時期にステップＳ１４で算出された燃料噴射量のアフター噴射が実行され、ステップＳ１７では、ステップＳ１５で算出された燃料供給量だけ燃料供給装置１６から燃料が供給され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００６１】
一方、ステップＳ１０において、Ｓ離脱処理実行条件が成立していないと判定された場合には、ステップＳ１８へと進む。ステップＳ１８では、ＰＭ再生処理実行条件が成立しているか否かが判定される。ＰＭ再生処理実行条件が成立しているときとは、例えば、フィルタ１５への粒子状物質の堆積量が限界堆積量よりも多くなった場合である。なお、フィルタ１５への粒子状物質の堆積量は、例えば、フィルタ１５の前後差圧を検出する差圧センサ４５によって検出された差圧に基づいて算出される。
【００６２】
ステップＳ１８において、ＰＭ再生処理の実行条件が成立していると判定された場合にはステップＳ１９へと進む。ステップＳ１９では、燃料供給装置１５からの燃料供給量が算出される。燃料供給装置１５からの燃料供給量は、フィルタ１５の温度が粒子状物質の燃焼開始温度以上にするのに必要な量とされる。次いで、ステップＳ２０では、ステップＳ１９で算出された燃料供給量だけ燃料供給装置１５から燃料が供給され、制御ルーチンが終了せしめられる。なお、ステップＳ１８において、ＰＭ再生処理の実行条件が性質していないと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関全体の図である。
【図２】フィルタの構造を示す図である。
【図３】フィルタによる粒子状物質の酸化除去メカニズムを説明するための図である。
【図４】トラップ触媒のＳ離脱処理及びフィルタのＰＭ再生処理を制御する離脱・再生制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
１    機関本体
３    燃料噴射弁
４    吸気マニホルド
５    排気マニホルド
１１    上流側触媒コンバータ
１２    Ｓトラップ触媒
１３    排気管
１４    下流側触媒コンバータ
１５    パティキュレートフィルタ
１６    燃料供給装置
４３、４４    温度センサ
４５    差圧センサ
【図１】
2010007639.tif 000003
【図２】
2010007639.tif 000004
【図３】
2010007639.tif 000005
【図４】
2010007639.tif 000006