(57)【要約】内燃機関において、機関排気通路内にＮＯｘ吸蔵触媒からなる前段触媒（１２）と後段触媒（１４）とが配置される。これら触媒（１２，１４）のＳＯｘ被毒を回復すべきときには対応する触媒（１２，１４）の温度がＳＯｘ放出温度まで上昇せしめられると共に対応する触媒（１２，１４）に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするＳＯｘ被毒回復処理が行われる。この場合後段触媒（１４）のＳＯｘ被毒回復処理を行う頻度が前段触媒（１２）のＳＯｘ被毒回復処理を行う頻度よりも高くされる。
2008123628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に排気ガス流に沿って前段触媒と後段触媒とをこの順序で配置し、これら前段触媒および後段触媒は、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ＮＯｘを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵触媒から構成されており、前段触媒のＳＯｘ被毒を回復すべきときには前段触媒の温度をＳＯｘ放出温度まで上昇させると共に前段触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするＳＯｘ被毒回復処理を行い、後段触媒のＳＯｘ被毒を回復すべきときには後段触媒の温度をＳＯｘ放出温度まで上昇させると共に後段触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするＳＯｘ被毒回復処理を行い、後段触媒のＳＯｘ被毒回復処理を行う頻度を前段触媒のＳＯｘ被毒回復処理を行う頻度よりも高くした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前段触媒上流の機関排気通路内に前段触媒用還元剤供給弁を配置すると共に前段触媒と後段触媒間に後段触媒用還元剤供給弁を配置し、前段触媒のＳＯｘ被毒回復処理を行うときには前段触媒用還元剤供給弁から還元剤を供給し、後段触媒のＳＯｘ被毒回復処理を行うときには後段触媒用還元剤供給弁から還元剤を供給するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前段触媒および後段触媒の双方の触媒によるＮＯｘ浄化率が予め定められた許容レベル以下になったときに前段触媒のＳＯｘ被毒回復処理又は後段触媒のＳＯｘ被毒回復処理のいずれか一方が行われる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
後段触媒下流の機関排気通路内にＮＯｘセンサが配置され、該ＮＯｘセンサにより検出されたＮＯｘ濃度からＮＯｘ浄化率が算出される請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
ＮＯｘ浄化率を目標とするＮＯｘ浄化率まで回復しうる限りは後段触媒のＳＯｘ被毒回復処理が繰返えされ、後段触媒のＳＯｘ被毒回復処理をしてもＮＯｘ浄化率を目標とするＮＯｘ浄化率まで回復しえないときに前段触媒のＳＯｘ被毒回復処理が行われる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
ＮＯｘ浄化率を目標とするＮＯｘ浄化率まで回復しうる限りは後段触媒のＳＯｘ被毒回復処理が繰返えされ、後段触媒のＳＯｘ被毒回復処理の間隔が予め定められた期間よりも短かくなったときに前段触媒のＳＯｘ被毒回復処理が行われる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
上記前段触媒がＳＯｘトラップ触媒からなり、該ＳＯｘトラップ触媒は、ＳＯｘトラップ触媒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ＳＯｘを捕獲し、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯｘトラップ触媒の温度が上昇すると捕獲したＳＯｘが次第にＳＯｘトラップ触媒の内部に拡散していく性質を有すると共にＳＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるとＳＯｘトラップ触媒の温度がＳＯｘ放出温度以上であれば捕獲したＳＯｘを放出する性質を有している請求項１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】
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ＮＯｘを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵触媒を機関排気通路内に配置した内燃機関が公知である。この内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに発生するＮＯｘがＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される。一方、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和に近づくと排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされ、それによってＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘが放出され還元される。
ところで燃料内にはイオウが含まれており、従って排気ガス中にはＳＯｘが含まれている。このＳＯｘはＮＯｘと共にＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される。ところがこのＳＯｘは排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけではＮＯｘ吸蔵触媒から放出されず、従ってＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されているＳＯｘの量が次第に増大していく。その結果吸蔵しうるＮＯｘ量が次第に減少してしまう。
そこでＮＯｘ吸蔵触媒にＳＯｘが送り込まれるのを阻止するためにＮＯｘ吸蔵触媒上流の機関排気通路内にＳＯｘトラップ触媒を配置した内燃機関が公知である（特開２００５−１３３６１０号公報参照）。この内燃機関では排気ガス中に含まれるＳＯｘがＳＯｘトラップ触媒に捕獲され、斯くしてＮＯｘ吸蔵触媒にＳＯｘが流入するのが阻止される。その結果、ＳＯｘの吸蔵によりＮＯｘの吸蔵能力が低下するのを阻止することができる。
ところでこのＳＯｘトラップ触媒は予め定められている使用の仕方をしている限り、予め定められている保証走行距離以内であれば排気ガス中に含まれるＳＯｘを捕獲し続ける。しかしながら例えばユーザーが誤まって高濃度のイオウを含有している燃料を使用したり、或いは予め定められている保証走行距離を超えて車両が走行されたような場合には許容量以上のＳＯｘがＳＯｘトラップ触媒に送り込まれ、斯くしてＳＯｘトラップ触媒がＳＯｘを捕獲しえなくなるという問題がある。
このような問題を考えるＳＯｘトラップ触媒に多量のＳＯｘが捕獲されたときにはＳＯｘトラップ触媒からＳＯｘを放出させてＳＯｘトラップ触媒のＳＯｘ捕獲能力を回復させることが必要となる。
【発明の開示】
【０００３】
本発明の目的はこのようなＳＯｘの捕獲能力或いはＳＯｘの吸蔵能力を効率よく回復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、機関排気通路内に排気ガス流に沿って前段触媒と後段触媒とをこの順序で配置し、これら前段触媒および後段触媒は、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ＮＯｘを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵触媒から構成されており、前段触媒のＳＯｘ被毒を回復すべきときには前段触媒の温度をＳＯｘ放出温度まで上昇させると共に前段触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするＳＯｘ被毒回復処理を行い、後段触媒のＳＯｘ被毒を回復すべきときには後段触媒の温度をＳＯｘ放出温度まで上昇させると共に後段触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするＳＯｘ被毒回復処理を行い、後段触媒のＳＯｘ被毒回復処理を行う頻度を前段触媒のＳＯｘ被毒回復処理を行う頻度よりも高くした内燃機関の排気浄化装置が提供される。
即ち、前段触媒に比べて後段触媒の熱劣化の度合は低いので後段触媒の方がＳＯｘ被毒から回復しやすい。従って後段触媒のＳＯｘ被毒回復処理の頻度を高めることによってＮＯｘ浄化率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は圧縮着火式内燃機関の全体図、図２はＮＯｘ吸蔵触媒の触媒担体の表面部分の断面図、図３は排出ＳＯｘ量ＳＯＸＡのマップを示す図、図４はＮＯｘ浄化率の変化とＳＯｘ被毒回復処理のタイミングを示すタイムチャート、図５はＳＯｘ被毒回復処理を実行するためのフローチャート、図６はＳＯｘトラップ触媒の基体の表面部分の断面図である。
【符号の説明】
【０００５】
参照符号の一覧表
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…前段触媒
１４…後段触媒
１５，１６…還元剤供給弁
１８…ＮＯｘセンサ
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
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、排気タービン７ｂの出口は前段触媒１２の入口に連結される。また、前段触媒１２の出口は排気管１３を介して後段触媒１４に連結される。排気マニホルド５内には前段触媒１２に流入する排気ガス中に例えば炭化水素からなる還元剤を供給するための前段触媒用還元剤供給弁１５が配置され、排気管１３内には後段触媒１４に流入する排気ガス中に例えば炭化水素からなる還元剤を供給するための後段触媒用還元剤供給弁１６が配置される。更に、後段触媒１４の出口に連結された排気管１７内にはＮＯｘセンサ１８が配置される。
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１９を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１９内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２０が配置される。また、ＥＧＲ通路１９周りにはＥＧＲ通路１９内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２１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２１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２２を介してコモンレール２３に連結される。このコモンレール２３内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２４から燃料が供給され、コモンレール２３内に供給された燃料は各燃料供給管２２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。吸入空気量検出器８およびＮＯｘセンサ１８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。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、前段触媒用還元剤供給弁１５、後段触媒用還元剤供給弁１６、ＥＧＲ制御弁２０および燃料ポンプ２４に接続される。
図１に示される前段触媒１２および後段触媒１４はいずれもＮＯｘ吸蔵触媒からなり、従ってまず初めにＮＯｘ吸蔵触媒について説明する。このＮＯｘ吸蔵触媒はその基体上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図２はこの触媒担体４５の表面部分の断面を図解的に示している。図２に示されるように触媒担体４５の表面上には貴金属触媒４６が分散して担持されており、更に触媒担体４５の表面上にはＮＯｘ吸収剤４７の層が形成されている。
本発明による実施例では貴金属触媒４６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤４７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ている。
機関吸気通路、燃焼室２および各触媒１２，１４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、ＮＯｘ吸収剤４７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、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。
即ち、ＮＯｘ吸収剤４７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図２に示されるように白金Ｐｔ４６上において酸化されてＮＯ２となり、次いでＮＯｘ吸収剤４７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ＮＯ３−の形でＮＯｘ吸収剤４７内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤４７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ４６の表面でＮＯ２が生成され、ＮＯｘ吸収剤４７のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ２がＮＯｘ吸収剤４７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ３−が生成される。
これに対し、還元剤供給弁１２，１４から還元剤を供給することによって排気ガスの空燃比をリッチ或いは理論空燃比にすると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ＮＯｘ吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ３−がＮＯ２の形でＮＯｘ吸収剤４７から放出される。次いで放出されたＮＯｘは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。
このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ吸収剤４７内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯｘ吸収剤４７のＮＯｘ吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯｘ吸収剤４７によりＮＯｘを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施例ではＮＯｘ吸収剤４７の吸収能力が飽和する前に還元剤供給弁１２，１４から還元剤を供給することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによって前段触媒１２および後段触媒１４のＮＯｘ吸収剤４７からＮＯｘを放出させるようにしている。
ところで排気ガス中にはＳＯｘ、即ちＳＯ２が含まれており、このＳＯ２がＮＯｘ吸蔵触媒に流入するとこのＳＯ２は白金Ｐｔ４６において酸化されてＳＯ３となる。次いでこのＳＯ３はＮＯｘ吸収剤４７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ＳＯ４２−の形でＮＯｘ吸収剤４７内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ４を生成する。しかしながらＮＯｘ吸収剤４７が強い塩基性を有するためにこの硫酸塩ＢａＳＯ４は安定していて分解しづらく、排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ４は分解されずにそのまま残る。従ってＮＯｘ吸収剤４７内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ４が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれてＮＯｘ吸収剤４７が吸収しうるＮＯｘ量が低下することになる。即ち、ＮＯｘ吸蔵触媒がＳＯｘ被毒を受けることになる。
ところでこの場合、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を６００℃以上のＳＯｘ放出温度まで上昇させた状態でＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯｘ吸収剤４７からＳＯｘが放出され、斯くしてＮＯｘ吸蔵触媒のＳＯｘ被毒を回復することができる。そこで本発明による実施例では、前段触媒１２のＳＯｘ被毒を回復すべきときには前段触媒１２の温度をＳＯｘ放出温度まで上昇させると共に前段触媒１２に流入する排気ガスの空燃比をリッチにし、後段触媒１４のＳＯｘ被毒を回復すべきときには後段触媒１４の温度をＳＯｘ放出温度まで上昇させると共に後段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ている。
この場合、本発明による実施例では対応する還元剤供給弁１５，１６から燃料を供給することによって各触媒１２，１４がＳＯｘ放出温度まで昇温せしめられ、各触媒１２，１４に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。即ち、前段触媒１２のＳＯｘ被毒を回復する処理を行うときには前段触媒用還元剤供給弁１５から還元剤が供給され、後段触媒１４のＳＯｘ被毒を回復する処理を行うときには後段触媒用還元剤供給弁１６から還元剤が供給される。
また、本発明による実施例ではこのようなＳＯｘ被毒を回復させるためのＳＯｘ被毒回復処理は触媒１２，１４毎に行われる。具体的に言うと、本発明による実施例では前段触媒１２および後段触媒１４の双方の触媒によるＮＯｘ浄化率が予め定められた許容レベル以下になったときに前段触媒１２のＳＯｘ被毒回復処理又は後段触媒１４のＳＯｘ被毒回復処理のいずれか一方が行われる。この場合、ＮＯｘ浄化率はＮＯｘセンサ１８により検出されたＮＯｘ濃度から算出される。
即ち、燃料中には或る割合でイオウが含まれており、従って排気ガス中に含まれるＳＯｘ量は燃料噴射量に比例する。燃料噴射量は要求トルクおよび機関回転数の関数であり、従って排気ガス中に含まれるＳＯｘ量も要求トルクおよび機関回転数の関数となる。本発明による実施例では燃焼室２から単位時間当り排出される排出ＳＯｘ量ＳＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図３に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。また、排気ガス中に含まれるＮＯｘ量も要求トルクおよび機関回転数の関数であり、燃焼室２から単位時間当り排出される排出ＮＯｘ量も要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。一方、燃焼室２から単位時間当り排出される排気ガス量は吸入空気量から求められ、従って記憶されている単位時間当りの排出ＮＯｘ量と吸入空気量から前段触媒１２に流入する排気ガス中のＮＯｘ濃度が算出できる。このＮＯｘ濃度とＮＯｘセンサ１８により検出されたＮＯｘ濃度からＮＯｘ浄化率が算出される。
ところで前段触媒１２と後段触媒１４とを比較すると前段触媒１２の方が後段触媒１４よりも高温となるので前段触媒１２の方が後段触媒１４に比べて熱劣化する。ところが、熱劣化をすると還元剤を供給してもＳＯｘ被毒が十分に回復されない。これに対し、熱劣化をしていないと同一量の還元剤でもってＳＯｘ被毒が十分に回復する。従って熱劣化をしずらい後段触媒１４のＳＯｘ被毒を回復する方がＮＯｘ浄化率が向上し、還元剤、即ち燃料の消費量が少なくて済むことになる。そこで本発明では後段触媒１４のＳＯｘ被毒の方を優先的に回復させるようにしている。次にこのことについて図４を参照しつつ説明する。
図４は時間経過に伴なうＮＯｘ浄化率の変化と、前段触媒１２および後段触媒１４に対するＳＯｘ被毒回復処理のタイミングを示している。なお、図４において白抜きの部分Ｆｒは前段触媒１２によるＮＯｘ浄化率への寄与部分を示しており、ハッチングの部分Ｒｒは後段触媒１４によるＮＯｘ浄化率への寄与部分を示している。また、図４においてＮＸはＮＯｘ浄化率の許容レベルを示している。
図４からわかるように最初の頃はＮＯｘ浄化率が１００パーセントに維持されている。このときＳＯｘ被毒は上流側に位置する前段触媒１２から開始されるので前段触媒１２によるＮＯｘ浄化率は次第に低下していく。一方、前段触媒１２によるＮＯｘ浄化率が低下しても後段触媒１４によりＮＯｘの浄化作用がカバーされるので暫らくの間はＮＯｘ浄化率は１００パーセント維持される。次いで後段触媒１４のＳＯｘ被毒が進行していくとＮＯｘ浄化率が次第に低下していく。
次いで時刻ｔ１においてＮＯｘ浄化率が許容レベルＮＸ以下になると後段触媒１４のＳＯｘ被毒回復処理が行われる。その結果、後段触媒１４によるＮＯｘ浄化率が上昇し、斯くして双方の触媒１２，１４によるＮＯｘ浄化率が上昇する。次いで時刻ｔ２においてＮＯｘ浄化率が許容レベルＮＸ以下になると再び後段触媒１４のＳＯｘ被毒回復処理が行われ、後段触媒１４によるＮＯｘ浄化率が上昇せしめられる。次いで時刻ｔ３においてＮＯｘ浄化率が許容レベルＮＸ以下になると再び後段触媒１４のＳＯｘ被毒回復処理が行われ、後段触媒１４によるＮＯｘ浄化率が上昇せしめられる。
次いで時刻ｔ４において再びＮＯｘ浄化率が許容レベルＮＸ以下になるとこのときには後段触媒１４のＳＯｘ被毒回復処理を行ってもＮＯｘ浄化率はほとんど上昇しない。従ってこのときには図４に示されるように前段触媒１２のＳＯｘ被毒回復処理が行われ、それによって双方の触媒１２，１４によるＮＯｘ浄化率が上昇せしめられる。なお、このとき同時に後段触媒１４のＳＯｘ被毒回復処理を行ってもよい。
このように本発明ではＮＯｘ浄化率を目標とするＮＯｘ浄化率まで回復しうる限りは後段触媒１４のＳＯｘ被毒回復処理が繰返えされ、後段触媒１４のＳＯｘ被毒回復処理をしてもＮＯｘ浄化率を目標とするＮＯｘ浄化率まで回復しえないときに前段触媒１２のＳＯｘ被毒回復処理が行われる。従って本発明では図４からわかるように後段触媒１４のＳＯｘ被毒回復処理を行う頻度が前段触媒１２のＳＯｘ被毒回復処理を行う頻度よりも高くされる。
なお、図４からわかるように後段触媒１４のＳＯｘ被毒回復処理が行われる間隔は次第に短かくなる。従って別の見方をすると、本発明では後段触媒１４のＳＯｘ被毒回復処理の間隔が予め定められた期間よりも短かくなったときに前段触媒１２のＳＯｘ被毒回復処理が行われる。
図５はＳＯｘ被毒回復処理を実行するためのルーチンを示している。
図５を参照するとまず初めにステップ１００において図３から排出ＳＯｘ量ＳＯＸＡが算出される。次いでステップ１０１ではこの排出ＳＯｘ量ＳＯＸＡをΣＳＯＸに加算することによって排出ＳＯｘ量の積算値ΣＳＯＸが算出される。次いでステップ１０２では排出ＮＯｘ量と吸入空気量から排出ＮＯｘ濃度が算出される。次いでステップ１０３ではＮＯｘセンサ１８の出力値が読み込まれ、ステップ１０４においてＮＯｘセンサ１８の出力値と排出ＮＯｘ濃度からＮＯｘ浄化率が算出される。
次いでステップ１０５ではＮＯｘ浄化率が許容レベルＮＸよりも高いか否かが判別され、ＮＯｘ浄化率が許容レベルＮＸよりも低下するとステップ１０６に進んでＳＯｘ被毒回復処理が行われた直後からの排出ＳＯｘ量の積算値ΣＳＯＸが設定値ＳＸ以上であるか否かが判別される。ΣＳＯＸ＞ＳＸのときには、即ちＳＯｘ被毒回復処理後かなりの量のＳＯｘを吸蔵しえたときには後段触媒１４によるＮＯｘ浄化率は十分に回復しうると判断され、このときにはステップ１０７に進んで後段触媒１４のＳＯｘ被毒回復処理が行われる。次いでステップ１０９に進んでΣＳＯＸがクリアされる。これに対し、ΣＳＯＸ≦ＳＸのときには後段触媒１４によるＮＯｘ浄化率は十分に回復しえないと判断され、このときにはステップ１０８に進んで前段触媒１２のＳＯｘ被毒回復処理が行われる。次いでステップ１０９に進む。
前段触媒１２としては排気ガス中に含まれるＳＯｘを捕獲しうるＳＯｘトラップ触媒を用いることもできる。図６はこのＳＯｘトラップ触媒の基体５０の表面部分の断面を図解的に示している。図６に示されるように基体５０の表面上にはコート層５１が形成されており、このコート層５１の表面上には貴金属触媒５２が分散して担持されている。
このＳＯｘトラップ触媒では貴金属触媒５２として白金が用いられており、コート層５１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ている。即ち、ＳＯｘトラップ触媒のコート層５１は強塩基性を呈している。
排気ガス中に含まれるＳＯｘ、即ちＳＯ２は図６に示されるように白金Ｐｔ５２において酸化され、次いでコート層５１内に捕獲される。即ち、ＳＯ２は硫酸イオンＳＯ４２−の形でコート層５１内に拡散し、硫酸塩を形成する。なお、上述したようにコート層５１は強塩基性を呈しており、従って図６に示されるように排気ガス中に含まれるＳＯ２の一部は直接コート層５１内に捕獲される。
図６においてコート層５１内における濃淡は捕獲されたＳＯｘの濃度を示している。図６からわかるようにコート層５１内におけるＳＯｘ濃度はコート層５１の表面近傍が最も高く、奥部に行くに従って次第に低くなっていく。コート層５１の表面近傍におけるＳＯｘ濃度が高くなるとコート層５１の表面の塩基性が弱まり、ＳＯｘの捕獲能力が弱まる。このＳＯｘトラップ触媒ではこのとき排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯｘトラップ触媒の温度を上昇させるとＳＯｘトラップ率が回復される。
即ち、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯｘトラップ触媒の温度を上昇させるとコート層５１内の表面近傍に集中的に存在するＳＯｘはコート層５１内におけるＳＯｘ濃度が均一となるようにコート層５１の奥部に向けて拡散していく。即ち、コート層５１内に生成されている硝酸塩はコート層５１の表面近傍に集中している不安定な状態からコート層５１内の全体に亘って均一に分散した安定した状態に変化する。コート層５１内の表面近傍に存在するＳＯｘがコート層５１の奥部に向けて拡散するとコート層５１の表面近傍のＳＯｘ濃度が低下し、斯くしてＳＯｘトラップ触媒が昇温せしめられるとＳＯｘトラップ率が回復する。
従ってこのＳＯｘトラップ触媒を用いた場合にはＳＯｘトラップ触媒は定期的に昇温せしめられる。しかしながら多量のＳＯｘがＳＯｘトラップ触媒に送り込まれたときにはＳＯｘトラップ触媒を昇温してもＳＯｘトラップ率を回復できなくなる。従ってＳＯｘトラップ触媒を用いた場合でもＳＯｘトラップ触媒の温度をＳＯｘ放出温度まで上昇させると共にＳＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするＳＯｘ被毒回復処理を行う必要が生じる。
【図１】
2008123628.tif 000003
【図２】
2008123628.tif 000004
【図３】
2008123628.tif 000005
【図４】
2008123628.tif 000006
【図５】
2008123628.tif 000007
【図６】
2008123628.tif 000008
【国際調査報告】
2008123628.tif 000009
2008123628.tif 000010
2008123628.tif 000011
2008123628.tif 000012