(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置され流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯｘを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＳＯｘを放出するＳＯｘ吸収剤と、前記ＳＯｘ吸収剤に吸収されたＳＯｘを放出させるためにＳＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの酸素濃度を低減するＳＯｘ放出手段と、前記内燃機関を搭載した車両が停止状態又は極低速走行状態にあるか否かを判定する車速判定手段と、前記ＳＯｘ放出手段により排気ガスの酸素濃度を低下させてＳＯｘ吸収剤からＳＯｘを放出するＳＯｘ放出処理の実行中、前記車速判定手段により車両が停止状態又は極低速走行状態にあると判定されたときに、ＳＯｘ吸収剤からのＳＯｘの放出を低減せしめるＳＯｘ放出低減手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＳＯｘ放出低減手段は、内燃機関の排気ガスの空燃比をリーンに制御する空燃比制御手段からなることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記ＳＯｘ放出低減手段は、ＳＯｘ吸収剤の温度を所定温度以下に制御する温度制御手段からなることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスに含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸収するＳＯｘ吸収剤を備えた排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
希薄燃焼可能な車両用の内燃機関より排出される排気ガスからＮＯｘを浄化する排気浄化装置として、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に代表されるＮＯｘ吸収剤がある。ＮＯｘ吸収剤は、流入排気ガスの空燃比がリーン（即ち、酸素過剰雰囲気下）のときにＮＯｘを吸収し、流入排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯｘを放出するものであり、このＮＯｘ吸収剤の一種である吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーン（即ち、酸素過剰雰囲気下）のときにＮＯｘを吸収し、流入排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯｘを放出しＮ２に還元する触媒である。
【０００３】
この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に触媒あるいはＮＯｘ触媒ということもある）を希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置すると、リーン空燃比の排気ガスが流れたときには排気ガス中のＮＯｘが触媒に吸収され、ストイキ（理論空燃比）あるいはリッチ空燃比の排気ガスが流れたときに触媒に吸収されていたＮＯｘがＮＯ２として放出され、さらに排気ガス中のＨＣやＣＯなどの還元成分によってＮ２に還元され、即ちＮＯｘが浄化される。
【０００４】
ところで、一般に、内燃機関の燃料には硫黄分が含まれており、内燃機関で燃料を燃焼すると、燃料中の硫黄分が燃焼してＳＯ２やＳＯ３などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が発生する。前記ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘの吸収作用を行うのと同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸収を行うので、内燃機関の排気通路にＮＯｘ触媒を配置すると、この触媒にはＮＯｘのみならずＳＯｘも吸収される。つまり、ＮＯｘ吸収剤としてのＮＯｘ触媒は、ＳＯｘ吸収機能を有していることからＳＯｘ吸収剤ということもできる。
【０００５】
ところが、前記ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成するため、ＮＯｘ触媒からＮＯｘの放出・還元を行うのと同じ条件下では、分解、放出されにくくＮＯｘ触媒内に蓄積され易い傾向がある。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒内のＳＯｘ蓄積量が増大すると、触媒のＮＯｘ吸収容量が減少して排気ガス中のＮＯｘの除去を十分に行うことができなくなりＮＯｘ浄化効率が低下する。これが所謂ＳＯｘ被毒である。そこで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能を長期に亘って高く維持するためには、触媒に吸収されているＳＯｘを適宜のタイミングで放出させる必要がある。
【０００６】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からのＳＯｘ放出処理技術に関しては、特許番号第２６０５５８６号の特許公報等に開示されている。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘを放出させるには、流入排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにし、且つ、触媒温度をＮＯｘの放出・還元時よりも高い所定の高温にするのが効果的であると考えられている。
【０００７】
そこで、ＮＯｘ触媒に所定量のＳＯｘが吸収された時をＳＯｘ放出時期と判断して、その時に、触媒温度をＳＯｘ放出可能な温度に温度制御するとともに、流入排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチに保持されるように空燃比制御を行って、ＳＯｘの放出処理を実行している。このＳＯｘ放出処理により、ＮＯｘ触媒に吸収されていた硫酸塩は分解してＳＯ３になり、さらにこのＳＯ３が排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯによって還元せしめられ、ＳＯ２となって放出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来は、上記ＳＯｘ放出処理が車両停止時に実行される場合があった。このように車両停止時に車両からＳＯｘが排出されると、車両の後部付近がＳＯｘ濃度の高い雰囲気となり、この停止車両の付近にいる歩行者に不快感を与える虞れがある。また、この停止車両の直ぐ後に停止した後続車両の車室内に高濃度のＳＯｘを含む空気が導入される虞れもあり、後続車両の乗員に不快感を与える虞れもある。
【０００９】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、車両停止中もしくは低速運転中はＳＯｘの放出を低減することにより、歩行者や後続車両の乗員等への環境の配慮を図ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置され流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯｘを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＳＯｘを放出するＳＯｘ吸収剤と、（ロ）前記ＳＯｘ吸収剤に吸収されたＳＯｘを放出させるためにＳＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの酸素濃度を低減するＳＯｘ放出手段と、（ハ）前記内燃機関を搭載した車両が停止状態又は極低速走行状態にあるか否かを判定する車速判定手段と、（ニ）前記ＳＯｘ放出手段により排気ガスの酸素濃度を低下させてＳＯｘ吸収剤からＳＯｘを放出するＳＯｘ放出処理の実行中、前記車速判定手段により車両が停止状態又は極低速走行状態にあると判定されたときに、ＳＯｘ吸収剤からのＳＯｘの放出を低減せしめるＳＯｘ放出低減手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この内燃機関の排気浄化装置では、排気ガスの空燃比がリーンにされているときに排気ガス中のＳＯxがＳＯx吸収剤に吸収され、ＳＯx放出手段が排気ガスの酸素濃度を低下させているときにＳＯx吸収剤からＳＯxが放出される。そして、ＳＯx放出手段によるＳＯx放出処理の実行中に、車速判定手段が車両が停止状態又は極低速走行状態にあると判定した場合には、ＳＯx放出低減手段がＳＯx吸収剤からのＳＯx放出を低減する。これにより、車両が停止状態又は極低速走行状態にある場合には、当該車両の後部付近をＳＯx濃度の高い雰囲気にならないようにすることができる。
【００１２】
ここで、本発明において極低速走行状態とは、人間の歩行速度程度で走行する状態であることが好ましい。この場合、当該車両の近傍にいる歩行者等にＳＯx放出に起因する不快感を与えなくすることができる。
【００１３】
尚、排気ガスの空燃比とは、機関吸気通路及びＳＯｘ吸収剤よりも上流での排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比をいう。
【００１４】
本発明における希薄燃焼可能な内燃機関としては、筒内直接噴射式のリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示することができる。リーンバーンガソリンエンジンの場合には、排気ガスの空燃比制御は燃焼室に供給される混合気の空燃比制御により実行可能である。ディーゼルエンジンの場合の排気ガスの空燃比制御については、吸気行程または膨張行程または排気行程で燃料を噴射する所謂副噴射を行うか、あるいは、ＳＯｘ吸収剤よりも上流の排気通路内に還元剤を供給することにより実行することができる。
【００１５】
ＳＯｘ吸収剤としては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を例示することができる。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出し、Ｎ２に還元する触媒であるが、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒はＮＯｘを吸放出するのと同じようにＳＯｘの吸放出作用がある。
【００１６】
この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、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なる。
【００１７】
また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流側に配置されて排気ガス中のＳＯｘを吸収し、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒がＳＯｘによって被毒されないようにする吸収剤も、本発明のＳＯｘ吸収剤であることは勿論である。
【００１８】
本発明においては、前記ＳＯｘ放出低減手段を、内燃機関の排気ガスの空燃比をリーンに制御する空燃比制御手段によって構成することができる。排気ガスの空燃比をリーンにすると、ＳＯｘ吸収剤からのＳＯｘの放出が低減または停止せしめられ、排気ガス中のＳＯｘがＳＯｘ吸収剤に吸収されるようになる。
【００１９】
本発明においては、前記ＳＯｘ放出低減手段を、ＳＯｘ吸収剤の温度を所定温度以下に制御する温度制御手段によって構成することができる。ＳＯｘ吸収剤からＳＯｘを放出させるためには前記所定温度より高い温度が必要であり、ＳＯｘ吸収剤の温度が前記所定温度以下になるとＳＯｘ吸収剤からＳＯｘが放出されなくなるからである。ＳＯｘ吸収剤の温度制御は、ＳＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの温度制御により行ってもよいし、あるいは、ＳＯｘ吸収剤にあるいはＳＯｘ吸収剤の上流の排気通路に水冷式等の冷却装置を設置し、この冷却装置の作動を制御することにより行うこともできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を図１から図７の図面に基いて説明する。
【００２１】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明を希薄燃焼可能な車両用ガソリンエンジンに適用した場合の概略構成を示す図である。この図において、符号１は機関本体、符号２はピストン、符号３は燃焼室、符号４は点火栓、符号５は吸気弁、符号６は吸気ポート、符号７は排気弁、符号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が取り付けられている。サージタンク１０は吸気ダクト１２およびエアフロメータ２１を介してエアクリーナ１３に連結され、吸気ダクト１２内にはスロットル弁１４が配置されている。一方、排気ポート８は排気マニホルド１５および排気管１６を介して吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＳＯｘ吸収剤）１７を内蔵したケーシング１８に接続され、ケーシング１８に排気管１９が連結されている。以下、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７をＮＯｘ触媒１７と略す。
【００２２】
エンジンコントロール用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向バス３１によって相互に接続された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（セントラルプロセッサユニット）３４、入力ポート３５、出力ポート３６を具備する。エアフロメータ２１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、スロットル弁１４にはスロットル弁１４がアイドリング開度であることを検出するアイドルスイッチ２０が取り付けられ、このアイドルスイッチ２０の出力信号が入力ポート３５に入力される。
【００２３】
一方、ケーシング１８の下流の排気管１９内には排気ガス温に比例した出力電圧を発生する温度センサ２５が取り付けられ、この温度センサ２５の出力電圧がＡＤ変換器３８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、機関回転数を表す出力パルスを発生する回転数センサ２６と、車速を表す出力パルスを発生する車速センサ２７が接続されている。出力ポート３６は対応する駆動回路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。
【００２４】
このガソリンエンジンでは、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の関数として図２に示すようなマップの形で予め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り、即ちリッチとなる。
【００２５】
この実施の形態のガソリンエンジンでは、機関低中負荷運転領域では補正係数Ｋの値が１．０よりも小さい値とされ、機関高負荷運転領域では補正係数Ｋの値が１．０とされ、機関全負荷運転領域では補正係数Ｋの値は１．０よりも大きな値とされるように設定してある。内燃機関では通常、低中負荷運転される頻度が最も高く、したがって運転期間中の大部分において補正係数Ｋの値が１．０よりも小さくされて、リーン混合気が燃料せしめられることになる。
【００２６】
図３は燃焼室３から排出される排気ガス中の代表的な成分の濃度を概略的に示している。この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Ｏ２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。
【００２７】
ケーシング１８内に収容されているＮＯｘ触媒１７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なる。機関吸気通路およびＮＯｘ触媒１７より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触媒１７への流入排気ガスの空燃比と称する（以下、排気空燃比と略称する）と、このＮＯｘ触媒１７は、排気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。
【００２８】
なお、ＮＯｘ触媒１７より上流の排気通路内に燃料（炭化水素）あるいは空気が供給されない場合には、排気空燃比は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比に一致し、したがってこの場合には、ＮＯｘ触媒１７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。
【００２９】
上述のＮＯｘ触媒１７を機関排気通路内に配置すればこのＮＯｘ触媒１７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かでない部分もある。しかしながら、この吸放出作用は図４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。
【００３０】
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、図４（Ａ）に示されるように酸素Ｏ２  がＯ２−又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガスに含まれるＮＯは、白金Ｐｔの表面上でＯ２−又はＯ２−と反応し、ＮＯ２  となる（２ＮＯ＋Ｏ２  →２ＮＯ２  ）。
【００３１】
次いで、生成されたＮＯ２の一部は、白金Ｐｔ上で酸化されつつＮＯｘ触媒１７内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図４（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ３−の形でＮＯｘ触媒１７内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ触媒１７内に吸収される。
【００３２】
流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ２が生成され、ＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ  吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ２がＮＯｘ触媒１７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ３−が生成される。
【００３３】
これに対して、流入排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ２の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ３−→ＮＯ２）に進み、ＮＯｘ触媒１７内の硝酸イオンＮＯ３−がＮＯ２の形でＮＯｘ触媒１７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触媒１７からＮＯｘが放出されることになる。図３に示されるように、流入排気ガスのリーンの度合いが低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって流入排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯｘ触媒１７からＮＯｘが放出されることとなる。
【００３４】
一方、このとき、燃焼室３内に供給される混合気がストイキまたはリッチにされて排気空燃比がストイキまたはリッチになると、図３に示されるように機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、これら未燃ＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２−又はＯ２−と反応して酸化せしめられる。
【００３５】
また、排気空燃比がストイキまたは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ＮＯｘ触媒１７からＮＯ２が放出され、このＮＯ２は、図４（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てＮ２となる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ２が存在しなくなると、ＮＯｘ触媒１７から次から次へとＮＯ２が放出され、さらにＮ２に還元せしめられる。したがって、排気空燃比をストイキまたはリッチにすると短時間の内にＮＯｘ触媒１７からＮＯｘが放出されることになる。
【００３６】
このように、排気空燃比がリーンになるとＮＯｘがＮＯｘ触媒１７に吸収され、排気空燃比をストイキあるいはリッチにするとＮＯｘがＮＯｘ触媒１７から短時間のうちに放出され、Ｎ２に還元される。
【００３７】
ところで、この実施の形態では前述したように、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、また高負荷運転時には混合気が理論空燃比とされ、低中負荷運転時には混合気がリーンとされるので、低中負荷運転時に排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒１７に吸収され、全負荷運転時及び高負荷運転時にＮＯｘ触媒１７からＮＯｘが放出され還元されることになる。しかしながら、全負荷運転あるいは高負荷運転の頻度が少なく、低中負荷運転の頻度が多くその運転時間が長ければ、ＮＯｘの放出・還元が間に合わなくなり、ＮＯｘ触媒１７のＮＯｘの吸収能力が飽和してＮＯｘを吸収できなくなってしまう。そこで、この実施の形態では、リーン混合気の燃焼が行われている場合、即ち中低負荷運転を行っているときには、比較的に短い周期でストイキまたはリッチ混合気の燃焼が行われるように混合気の空燃比を制御し、短周期的にＮＯｘの放出・還元を行っている。このようにＮＯｘの吸放出のために、排気空燃比（この実施の形態では混合気の空燃比）が比較的に短い周期で「リーン」と「ストイキまたはリッチ」に交互に繰り返されるように制御することを、以下の説明ではリーン・リッチスパイク制御と称す。
【００３８】
一方、燃料には硫黄（Ｓ）が含まれており、燃料中の硫黄が燃焼するとＳＯ２やＳＯ３などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が発生し、ＮＯｘ触媒１７は排気ガス中のこれらＳＯｘも吸収する。つまり、ＮＯｘ触媒１７はＳＯｘ吸収剤としても機能するのである。ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ吸収メカニズムはＮＯｘ吸収メカニズムと同じであると考えられる。即ち、ＮＯｘの吸収メカニズムを説明したときと同様に担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを坦持させた場合を例にとって説明すると、前述したように、排気空燃比がリーンのときには、酸素Ｏ２がＯ２−又はＯ２−の形でＮＯｘ触媒１７の白金Ｐｔの表面に付着しており、流入排気ガス中のＳＯｘ（例えばＳＯ２）は白金Ｐｔの表面上で酸化されてＳＯ３となる。
【００３９】
その後、生成されたＳＯ３は、白金Ｐｔの表面で更に酸化されながらＮＯｘ触媒１７内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合し、硫酸イオンＳＯ４２−の形でＮＯｘ触媒１７内に拡散し硫酸塩ＢａＳＯ４を形成する。ＮＯｘ触媒１７中のＢａＳＯ４の生成量が増大するとＮＯｘ触媒１７の吸収に関与できるＢａＯの量が減少してＮＯｘの吸収能力が低下してしまう。これが即ちＳＯｘ被毒である。したがって、ＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ吸収能力を高く維持するためには、適宜のタイミングでＮＯｘ触媒１７に吸収されたＳＯｘを放出させる必要がある。ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘを放出させるには、ＮＯｘを放出させる場合と同様に排気ガスの酸素濃度を低下させればよいことが分かっており、また、ＮＯｘ触媒１７の温度が高いほど放出し易いことが分かっている。
【００４０】
しかしながら、ＮＯｘの吸放出処理のために排気空燃比のリーン・リッチスパイク制御を実行して酸素濃度の低い排気ガスをＮＯｘ触媒１７に流した場合、ＮＯｘ触媒１７からＮＯｘは放出されるが、ＳＯｘは殆ど放出されることがない。これは、ＢａＳＯ４は結晶が粗大化し易く、比較的安定し易いため、一旦生成されると分解放出されにくいことによるものと考えられている。このようにＮＯｘ触媒１７内に安定した形で吸収されているＳＯｘを放出させるには、酸素濃度の低い排気ガスを長時間連続的に流す必要がある。
【００４１】
そこで、この実施の形態では、ＮＯｘ触媒１７に所定量のＳＯｘが吸収された時にＳＯｘ放出処理を実行することとし、そのＳＯｘ放出処理は、排気空燃比をストイキに保持した排気ガスを長時間ＮＯｘ触媒１７に流すことにより行うこととした。ただし、車両を停止させている時や極低速走行させている時に車両からＳＯｘが排出されると、車両の後部付近がＳＯｘ濃度の高い雰囲気となり、この車両の付近にいる歩行者や後続車両の乗員に不快感を与える虞れがあるので、これを防止するために、当該車両を停止あるいは極低速走行させている時にはＳＯｘ放出処理の実行を停止してＳＯｘの放出を行わないようにし、車両が所定速度以上で走行し始めたときにＳＯｘ放出処理を開始あるいは再開するようにしている。
【００４２】
次に、図５を参照して、この実施の形態におけるＳＯｘ放出処理実行ルーチンを説明する。このルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶してあり、フローチャートの各ステップにおける処理は総てＥＣＵ３０のＣＰＵ３４によって実行される。
【００４３】
＜ステップ１０１＞
まず、ＥＣＵ３０は、ステップ１０１において、前回のＳＯｘ放出処理完了後から現時点までの当該車両の走行距離を積算する。
【００４４】
＜ステップ１０２＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０２に進んで、ステップ１０１で求めた走行距離積算値Ｄが判定値Ｄ０を越えたか否かを判定する。
機関本体１から排出される排気ガス中に含まれるＳＯｘは、燃料中の硫黄（Ｓ）分が燃焼して生じたものであり、また、ＮＯｘ触媒１７に吸収されているＳＯｘ量は、機関本体１での燃焼で消費された燃料量と相関がある。したがって、燃料消費量の積算値に基づいてＮＯｘ触媒１７に吸収されているＳＯｘ量を算出することができ、燃料消費量積算値が所定量のＳＯｘ吸収量に相当する値に達したときをＳＯｘ放出時期であるとすることも可能であるが、燃料消費量と走行距離との間にも相関があることから、この実施の形態では燃料消費量の積算に代えて走行距離を積算することとし、その走行距離の積算値が所定量のＳＯｘ吸収量に相当する値（判定値Ｄ０）を越えたときにＳＯｘを放出すべき時期であると判定し、越えていないときにはＳＯｘを放出すべき時期ではないと判定することとした。尚、この実施の形態において前記判定値Ｄ０は、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ吸収飽和量の５０％に相当する走行距離とした。
【００４５】
ＥＣＵ３０による一連の信号処理のうちステップ１０２を実行する部分は、ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収剤）からＳＯｘを放出すべき時期か否かを判定するＳＯｘ放出時期判定手段ということができる。
ステップ１０２で肯定判定した場合にはステップ１０３に進み、否定判定した場合にはステップ１０８に進む。
【００４６】
＜ステップ１０３＞
ＥＣＵ３０は、ステップ１０３において、ＮＯｘ触媒１７に対してＳＯｘ放出処理を実行する。ＳＯｘ放出処理は、燃焼室３に供給される混合気の空燃比をストイキに制御することにより排気空燃比をストイキに制御し、且つ、ＮＯｘ触媒１７の温度を硫酸塩の分解温度以上でＮＯｘ触媒１７が高温劣化しにくい所定温度（例えば６００〜７５０゜Ｃ）に制御することにより行う。尚、この実施の形態では、ＮＯｘ触媒１７の温度制御は排気ガスの温度制御によって行っている。以下、排気空燃比をストイキに制御するとともに排気ガス温度を前記所定温度に制御することを、高温ストイキ制御と称し、この高温ストイキ制御を実行しているときにＳＯｘ放出処理が実行されることとなる。
【００４７】
ＥＣＵ３０による一連の信号処理のうちステップ１０３において空燃比をストイキに制御する部分は、ＮＯｘ触媒（ＳＯｘ吸収剤）に吸収されたＳＯｘを放出させるために排気ガスの空燃比をストイキ（またはリッチ）に制御する空燃比制御手段ということができ、また、ＮＯｘ触媒（ＳＯｘ吸収剤）に吸収されたＳＯｘを放出させるために排気ガスの酸素濃度を低減するＳＯｘ放出手段ということができる。
【００４８】
排気ガス温度の制御については、ＥＣＵ３０は、温度センサ２５からの入力信号からＮＯｘ触媒１７の出ガス温度を検出し、この出ガス温度が前記所定温度以下の場合には、機関負荷を一定に保持したまま、排気ガス温度の上昇および炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などの還元剤の排出量の増量を行い、排気ガス温度が前記所定温度に保持されるように制御する。
【００４９】
ここで、排気ガス温度を上昇させる手段としては、この実施の形態では例えば点火時期を遅らせることが考えられる。また、この実施の形態のガソリンエンジンには装備していないが、排気ガス再循環装置（いわゆるＥＧＲ装置）を備えるエンジンであれば、排気ガス再循環量（ＥＧＲ量）を増大させることにより排気ガス温度を上昇させることも考えられる。さらに、この実施の形態における内燃機関はガソリンエンジンであるが、内燃機関がディーゼルエンジンの場合であれば、予混合を増やしたり、あるいは、吸気行程または膨張行程または排気行程で燃料を噴射する副噴射を実行することによって排気ガス温度を上昇させることも考えられる。
【００５０】
高温ストイキ制御の実行により、高温且つ酸素濃度の低い排気ガスがＮＯｘ触媒１７に連続して流れ、これにより、ＮＯｘ触媒１７に吸収されていた硫酸塩が分解してＳＯ３となり、さらにこのＳＯ３が排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯによって還元せしめられ、ＳＯ２となって放出される。
【００５１】
＜ステップ１０４＞
そして、ＥＣＵ３０は、ステップ１０４に進んで、車速センサ２７で検出した車速が予め設定した所定速度（例えば、５ｋｍ／ｈ）以下か否かを判定する。以下、この所定速度を下限速度という。ＥＣＵ３０による一連の信号処理のうちステップ１０４を実行する部分は、車両の走行速度が所定速度以下か否かを判定する車速判定手段ということができる。
【００５２】
＜ステップ１０５＞
ＥＣＵ３０は、ステップ１０４で肯定判定した場合にはステップ１０５に進み、高温ストイキ制御を停止して、リーン・リッチスパイク制御を実行する。高温ストイキ制御を停止してリーン・リッチスパイク制御を実行するということは、換言すればＳＯｘ放出処理の実行を停止し、ＮＯｘ触媒１７にＮＯｘの吸放出作用を行わしめることになる。つまり、高温ストイキ制御を停止することによりＮＯｘ触媒１７からＳＯｘが放出されなくなり、リーン・リッチスパイク制御の実行によりリーン時には排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒１７に吸収され、ストイキまたはリッチ時にＮＯｘ触媒１７に吸収されたＮＯｘが放出され、Ｎ２に還元浄化される。また、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ吸収能力が飽和していない限り、リーン時に排気ガス中のＳＯｘはＮＯｘ触媒１７に吸収される。
ＥＣＵ３０による一連の信号処理のうちステップ１０５を実行する部分は、ＮＯｘ触媒（ＳＯｘ吸収剤）からＳＯｘの放出を低減せしめるＳＯｘ放出低減手段ということができる。
【００５３】
＜ステップ１０６＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０５からステップ１０６に進んで、車速センサ２７で検出した車速が前記下限速度以下か否かを判定する。ステップ１０６で肯定判定した場合にはステップ１０５に進んでリーン・リッチスパイク制御を続行する。一方、ステップ１０６で否定判定した場合にはステップ１０３に進んでリーン・リッチスパイク制御を停止し、高温ストイキ制御を再開してＳＯｘ放出処理の実行を再開する。
【００５４】
つまり、ステップ１０３からステップ１０６を実行することにより、高温ストイキ制御の実行を開始するに際して車両が停止あるいは前記下限速度以下の極低速走行をしている時には、高温ストイキ制御の実行を見送ってリーンリッチスパイク制御を継続し、車速が前記下限速度より大きくなったら高温ストイキ制御の実行を開始するようになり、また、高温ストイキ制御の実行中に車両が停止あるいは前記下限速度以下の極低速走行状態になった時には、車速が前記下限速度より大きくなるまで高温ストイキ制御の実行を一時中断してリーン・リッチスパイク制御の実行に切り替え、車速が前記下限速度より大きくなったら再び高温ストイキ制御の実行に切り替わることになる。
【００５５】
これによって、車両が停止あるいは極低速走行している間はＳＯｘ放出処理が実行されず、したがって車両からＳＯｘが放出されなくなるので、この車両の後部付近がＳＯｘ濃度の高い雰囲気になるのを阻止することができる。その結果、当該車両の近くにいる歩行者や後続車両の乗員に、当該車両からのＳＯｘ放出に起因する不快感を与えることがない。
【００５６】
＜ステップ１０７＞
そして、ＥＣＵ３０は、ステップ１０４で否定判定した場合、即ち、車両が前記下限速度よりも速く走行していると判定した場合には、ステップ１０７に進んで、ＮＯｘ触媒１７からのＳＯｘ放出が完了したか否かを判定する。ＳＯｘ放出が完了したか否かの判定は、高温ストイキ制御によるエンジン作動の履歴から判定し、さらに具体的には、高温ストイキ制御によるエンジンの作動時間が所定の時間だけ連続して行われたか否かで判定する。ここで、高温ストイキ制御によるエンジンの作動時間は、途中でエンジンを停止させた場合やアイドリング時のように車両停止中や車両が前記下限速度以下の極低速走行している場合には、これらの時間を除いて高温ストイキ制御を実行した時間を積算したものとする。
【００５７】
また、ＳＯｘ放出時期か否かを判定するときの判定値である前記「所定の時間」は、ステップ１０２におけるＳＯｘ放出時期の判定値Ｄ０の大小によって、あるいは高温ストイキ制御の実行における目標温度の大小によって異なるので一概には言えないが、数分から数時間、あるいは数日のオーダーであり、少なくとも、ステップ１０５，１０８におけるリーン・リッチスパイク制御での１回のストイキまたはリッチ保持時間の１００倍以上である。
【００５８】
そして、高温ストイキ制御によるエンジンの作動時間が所定時間に達するまでは、ステップ１０７で否定判定され、ステップ１０３の高温ストイキ制御の実行を継続する。
【００５９】
高温ストイキ制御によるエンジンの作動時間が所定時間を超えたときには、ＮＯｘ触媒１７に吸収されていたＳＯｘがほぼ完全に放出されたものとみなして、ＥＣＵ３０は、ステップ１０７で肯定判定（ＳＯｘ放出完了の判定）し、ステップ１０８に進む。
【００６０】
＜ステップ１０８＞
ＥＣＵ３０は、ステップ１０８において、リーン・リッチスパイク制御を実行する。リーン・リッチスパイク制御の実行中は、リーン時には排気ガス中のＮＯｘおよびＳＯｘがＮＯｘ触媒１７に吸収され、ストイキまたはリッチ時にＮＯｘ触媒１７に吸収されたＮＯｘが放出され、Ｎ２に還元浄化される。このリーン・リッチスパイク制御の実行中におけるストイキまたはリッチ時には、ストイキまたはリッチの保持時間が短いのでＮＯｘ触媒１７に吸収されたＳＯｘは殆ど放出されない。
【００６１】
以上説明したように、この実施の形態によれば、ＮＯｘ触媒１７に対するＳＯｘ放出処理が最適なタイミングで実行され、しかも、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘをほぼ完全に放出させることができるので、ＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ浄化率を常に高い状態に維持することができる。
【００６２】
さらに、この実施の形態によれば、車両が停止あるいは極低速走行しているときにはＳＯｘ放出処理が実行されず、車両からＳＯｘが放出されないので、当該車両の後部付近がＳＯｘ濃度の高い雰囲気になるのを阻止することができる。したがって、当該車両の近くにいる歩行者や後続車両の乗員がＳＯｘに起因して不快感を感じることはない。
【００６３】
尚、ステップ１０３における高温ストイキ制御実行中、あるいは、ステップ１０８におけるリーン・リッチスパイク制御実行中において、エンジンに高負荷運転が要求された場合には混合気のストイキ制御が優先して割り込まれ、全負荷運転が要求された場合には混合気のリッチ制御が優先して割り込まれるようになっている。
【００６４】
図６は、この第１の実施の形態における空燃比制御の一実施例を示したものである。この実施例では、リーン・リッチスパイク制御においては、例えば６０ｋｍ／ｈでの定速走行でリーン運転保持時間を４０秒、ストイキ運転保持時間を２秒程度としてこれを交互に繰り返す。一方、高温ストイキ制御での連続運転時間は約１時間とし、その間に高温ストイキ制御を一度中断した例である。
【００６５】
〔第２の実施の形態〕
図７は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態におけるＳＯｘ放出処理実行ルーチンを示す図である。
【００６６】
図７のフローチャートにおいて第２の実施の形態が第１の実施の形態と相違する点はステップ１０５だけであり、その他の点については第１の実施の形態と全く同じである。
【００６７】
第２の実施の形態では、ステップ１０４で車速が下限速度以下であると判定してステップ１０５に進むと、ＥＣＵ３０は、ステップ１０５において、排気空燃比をストイキに制御しつつ、ＮＯｘ触媒１７の温度をＮＯｘ触媒１７からＳＯｘが放出されにくい所定温度（以下の説明においては、この温度をＳＯｘ放出低減温度と称す）以下に制御することによって、ＮＯｘ触媒１７からのＳＯｘの放出を低減させ、ＳＯｘ放出処理の実行を一時中断するようにしている。この第２の実施の形態においても、ＮＯｘ触媒１７の温度制御は排気ガスの温度制御により行う。以下、排気空燃比をストイキに制御しつつ排気ガス温度をＳＯｘ放出低減温度以下の低温に制御することを低温ストイキ制御と称す。尚、ＳＯｘ放出低減温度は例えば、約４００゜Ｃである。
【００６８】
排気ガス温度を低下させるには、例えば、ＮＯｘ触媒１７を収容するケーシング１８の周囲に、あるいはケーシング１８よりも上流の排気管１６の周囲に、水冷式のクーラユニットを設け、このクーラユニットを作動させることにより排気ガス温度を低下させることが考えられる。また、ＥＧＲ装置を備えるエンジンであれば、ＥＧＲ量を低減することにより排気ガス温度を低下させることが考えられる。
【００６９】
そして、ステップ１０５において低温ストイキ制御を実行する部分は、ＮＯｘ触媒１７（ＳＯｘ吸収剤）からＳＯｘの放出を低減せしめるＳＯｘ放出低減手段ということができる。
【００７０】
ＮＯｘ触媒１７の温度が前記ＳＯｘ放出低減温度よりも低温では、排気空燃比をストイキに保持していてもＮＯｘ触媒１７からＳＯｘは放出されにくくなる。しかしながら、このような低温状態でストイキの排気ガスをＮＯｘ触媒１７に流していると、ＳＯｘ被毒の進行を止めることができ、堆積しているＳＯｘ被毒成分（即ち、硫酸塩）も徐々に分解され易い形に変化すると考えられる。したがって、ステップ１０５において排気空燃比の低温ストイキ制御を実行していると、この後でＮＯｘ触媒１７が所定温度以上に昇温した時（即ち、ステップ１０３の高温ストイキ制御が再開された時）には、極めて効率よくＳＯｘの放出・還元が行われることになる。
【００７１】
ＥＣＵ３０は、ステップ１０５からステップ１０６に進み、車速が下限速度以下か否かを判定し、肯定判定の場合にはステップ１０５による低温ストイキ制御を継続し、否定判定された場合にはステップ１０３に進んで高温ストイキ制御を再開する。
【００７２】
〔その他の実施の形態〕
本発明は、第１の実施の形態におけるステップ１０５において、リーン・リッチスパイク制御の代わりに、間欠的なリッチ空燃比を行わずに連続的にリーン空燃比を維持するように制御する連続リーン制御としても、成立する。吸入空気量を増大させて排気空燃比をリーンに制御すると、排気ガス温度も低下させることができ、ＮＯｘ触媒１７からのＳＯｘの放出が低減する。
【００７３】
尚、前述した実施の形態では本発明をガソリンエンジンに適用した例で説明したが、本発明をディーゼルエンジンに適用することができることは勿論である。ディーゼルエンジンの場合は、燃焼室での燃焼がストイキよりもはるかにリーン域で行われるので、通常の機関運転状態ではＮＯｘ触媒１７に流入する排気ガスの空燃比は非常にリーンであり、ＮＯｘ及びＳＯｘの吸収は行われるものの、ＮＯｘ及びＳＯｘの放出が行われることは殆どない。
【００７４】
また、ガソリンエンジンの場合には、前述したように燃焼室３に供給する混合気をストイキあるいはリッチにすることにより排気空燃比をストイキあるいはリッチにし、排気ガス中の酸素濃度を低下させて、ＮＯｘ触媒１７に吸収されているＮＯｘやＳＯｘを放出させることができるが、ディーゼルエンジンの場合には、燃焼室に供給する混合気をストイキあるいはリッチにすると燃焼の際に煤が発生するなどの問題があり採用することはできない。
【００７５】
したがって、本発明をディーゼルエンジンに適用する場合、排気空燃比をストイキあるいはリッチにするためには、機関出力を得るために燃料を燃焼するのとは別に、還元剤（例えば燃料である軽油）を排気ガス中に供給する必要がある。排気ガスへの還元剤の供給は、吸気行程や膨張行程や排気行程において気筒内に燃料を副噴射することによっても可能であるし、あるいは、ＮＯｘ触媒１７の上流の排気通路内に還元剤を供給することによっても可能である。
【００７６】
尚、ディーゼルエンジンであっても排気再循環装置（所謂、ＥＧＲ装置）を備えている場合には、排気再循環ガスを多量に燃焼室に導入することによって、排気空燃比をストイキまたはリッチにすることが可能である。
【００７７】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置され流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤と、前記ＳＯx吸収剤に吸収されたＳＯxを放出させるためにＳＯx吸収剤に流入する排気ガスの酸素濃度を低減するＳＯx放出手段と、前記内燃機関を搭載した車両が停止状態又は極低速走行状態にあるか否かを判定する車速判定手段と、前記ＳＯx放出手段により排気ガスの酸素濃度を低下させてＳＯx吸収剤からＳＯxを放出するＳＯx放出処理の実行中、前記車速判定手段により車両が停止状態又は極低速走行状態であると判定されたときに、ＳＯx吸収剤からのＳＯxの放出を低減せしめるＳＯx放出低減手段と、を備えることにより、車両停止時あるいは極低速走行時にはＳＯx吸収剤からのＳＯxの放出を低減させることができ、車両周囲を良い環境に保持することができるという優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態の概略構成図である。
【図２】基本燃料噴射時間のマップの一例を示す図である。
【図３】機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。
【図４】吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸放出作用を説明するための図である。
【図５】前記第１の実施の形態のＳＯｘ放出処理実行ルーチンである。
【図６】前記第１の実施の形態における空燃比制御の一例を示す図である。
【図７】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態のＳＯｘ放出処理実行ルーチンである。
【符号の説明】
１  エンジン本体（内燃機関）
３  燃焼室
４  点火栓
１１  燃料噴射弁
１６  排気管（排気通路）
１７  吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＳＯｘ吸収剤）
１８  ケーシング
１９  排気管（排気通路）
２７  車速センサ（車速判定手段）
３０  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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