(57)【要約】【課題】  ＮＯX吸蔵還元触媒のＳＯX被毒回復処理を効率的に行う。【解決手段】  機関１の排気通路２にＮＯX吸蔵還元触媒７を配置し、排気中のＮＯXを浄化する。機関の電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０は、触媒７にＳＯXが所定量吸蔵される毎に排気が高温かつリッチ空燃比になる運転状態で機関を運転し触媒７からＳＯXを脱離させるＳＯX被毒回復処理を行う。ＥＣＵは触媒７の上流側の排気通路に配置したＨ2センサ３１で検出した排気中のＨ2濃度が所定の範囲になるように機関の空燃比を制御する。これにより、ＳＯX被毒回復処理時に触媒７に適切な量の水素が供給され、Ｈ2Ｓの生成が抑制されるとともに効率的なＳＯX被毒回復処理が行われる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置した、流入する排気空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯXを吸収、吸着もしくはその両方により吸蔵し、流入する排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに吸蔵したＮＯXを排気中の還元成分を用いて還元浄化するＮＯX吸蔵還元触媒と、
該ＮＯX吸蔵還元触媒上流側の排気通路に配置した排気中の水素成分濃度を検出するＨ2センサと、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記ＮＯX吸蔵還元触媒がＮＯXとともに吸蔵した硫黄酸化物をＮＯX吸蔵還元触媒から放出させるためにＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比をリッチ空燃比にしつつ排気温度を上昇させるＳＯX被毒回復処理を実行する際に、
前記Ｈ2センサで検出したＮＯX吸蔵還元触媒上流側排気中の水素成分濃度に基づいてＳＯX被毒回復処理実行中のＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比とＳＯX被毒回復処理継続時間との少なくとも一方を制御する、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
更に、前記ＮＯX吸蔵還元触媒の上流側かつＨ2センサ下流側の排気通路に、流入する排気空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＳＯXを吸蔵し、流入する排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに吸蔵したＳＯXを放出するＳＯXトラップを備えた、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記ＳＯX被毒回復処理実行時に、Ｈ2センサで検出した排気中の水素成分濃度がＮＯX吸蔵還元触媒で硫化水素が生成される水素成分濃度より低くなるように、ＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比を制御する、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ＳＯX被毒回復処理実行時に、Ｈ2センサで検出した排気中の水素成分濃度が０．１％から２．０％の間になるように、ＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比を制御する、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記ＳＯX被毒回復処理実行時に、ＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気中の水素成分濃度が、ＳＯX被毒回復処理開始時に高く、その後緩やかに低下するように排気空燃比を制御する、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
更に、ＮＯX吸蔵還元触媒下流側の排気通路に、排気中の硫黄酸化物濃度を検出するＳＯXセンサを備え、前記Ｈ2センサで検出した水素成分濃度と、前記ＳＯXセンサで検出したＳＯX濃度とに基づいて、ＳＯX被毒回復処理実行中のＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比とＳＯX被毒回復処理継続時間との少なくとも一方を制御する、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記Ｈ2センサで検出した水素成分濃度が予め定めた第１の値以上であり、かつ前記ＳＯXセンサで検出した硫黄酸化物濃度が予め定めた第２の値以下になったときに、前記ＳＯX被毒回復処理を終了する、請求項６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し、詳細にはＮＯX吸蔵還元触媒を用いた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流入する排気の空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯX成分を吸蔵し（本明細書では、「吸蔵」なる語は吸着と吸収との両方を含む概念として使用している）、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になったときに排気中の還元成分を用いて吸蔵したＮＯXを還元浄化するＮＯX吸蔵還元触媒を用いた内燃機関の排気浄化装置が知られている。
【０００３】
このようなＮＯX吸蔵還元触媒は排気中にＳＯX（硫黄酸化物）が存在すると、排気空燃比がリーン空燃比のときにＮＯXとまったく同様にＳＯXを吸蔵してしまうことが知られている。
ところが、ＳＯXはＮＯX吸蔵成分との親和力が強く安定した化合物を生成するため、ＮＯX吸蔵還元触媒に一旦ＳＯXが吸蔵されてしまうと、単に排気空燃比をリッチ空燃比にした程度では吸蔵されたＳＯXはＮＯX吸蔵還元触媒からほとんど脱離せず、触媒内に徐々に蓄積されて行くようになる。
【０００４】
すなわち、通常のＮＯXの吸蔵と還元浄化のための処理ではＮＯX吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯXはほとんど脱離することがないため、吸蔵したＳＯX量が増大するとＮＯX吸蔵還元触媒のＮＯX吸蔵能力（ＮＯX吸蔵還元触媒が吸蔵可能な最大ＮＯX量）は吸蔵したＳＯX量に応じて低下する。このため、ＮＯX吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯX量が増大するとＮＯX吸蔵還元触媒は排気中のＮＯXを十分に吸蔵することができなくなってしまい、ＮＯXの浄化率が大幅に低下する、いわゆる硫黄被毒（ＳＯX被毒）が生じる。
【０００５】
ＮＯX吸蔵還元触媒へのＳＯX被毒を防止するためには、吸蔵ＳＯX量が増大する前に吸蔵したＳＯXをＮＯX吸蔵還元触媒から脱離させＳＯXの吸蔵量を低減する被毒回復処理を行う必要がある。
【０００６】
ところが、前述したように、ＮＯX吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯXはＮＯXに較べてはるかに安定化しているため、単にＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にしたのみではほとんど触媒から脱離しない。
従って、通常、被毒回復処理としては排気の空燃比をリッチ空燃比にするとともに、ＮＯX吸蔵還元触媒を高温域に維持することが行われている。
【０００７】
ところが、上述したようにＳＯXはＮＯX吸蔵還元触媒から脱離しにくいため、上記のようにＮＯX吸蔵還元触媒を高温かつリッチ空燃比雰囲気に保持する被毒回復処理を行っても短時間ではＮＯX吸蔵還元触媒から十分にＳＯXを脱離させることができない問題がある。一方、被毒回復処理を長時間行うと触媒が高温に曝される時間が増大するため触媒の熱劣化が生じやすくなる問題がある。
【０００８】
これに対して、上記の被毒回復処理時にＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気中に水素が含まれているとＮＯX吸蔵還元触媒からのＳＯXの脱離速度が増大し、比較的短時間で効率的に被毒回復処理を完了できることが知られている。
通常、排気に水素を供給する方法としては、外部の容器に貯蔵した水素を排気に供給する方法以外に、排気中のＨＣ、ＣＯ、Ｈ2Ｏなどから水性ガスシフト反応等により水素を生成する方法がある。
【０００９】
例えば、機関の排気空燃比がリッチになると燃焼時に生成したＨＣ、ＣＯ、Ｈ2Ｏ等から水性ガスシフト反応（ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2）、或いは水蒸気改質（ＨＣ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2）等が生じ水素が生成される。通常の内燃機関でもリッチ空燃比時には上記反応によりＨ2が生成されるが、これらの反応は三元触媒などにより更に促進される。このため、例えばＮＯX吸蔵還元触媒の上流側の排気通路にスタート触媒として三元触媒を備えている機関では、被毒回復処理時やＮＯX吸蔵還元触媒の吸蔵ＮＯXの還元時に排気空燃比がリッチ空燃比になると排気中には比較的多量の水素が含まれるようになる。
【００１０】
また、三元触媒以外にも、特に水性ガスシフト反応や水蒸気改質を効率的に生じさせる水素生成触媒を排気通路に配置して機関のリッチ空燃比運転時に水素を生成させるようにすることも可能である。
例えば、特許文献１ではＳＯX被毒回復処理については記載はないものの、ＮＯX吸蔵還元触媒の吸蔵ＮＯXの還元浄化時に上記により排気中に生成される水素成分を用いてＮＯX吸蔵還元触媒の劣化を判定している。
【００１１】
ＮＯX吸蔵還元触媒の吸蔵ＮＯX還元浄化時には、触媒に吸蔵されたＮＯXが残っている間は排気中の水素はＮＯXの還元に消費されるため、ＮＯX吸蔵還元触媒下流側には流出しない。
このため、ＮＯX吸蔵還元触媒下流側の排気中に水素の流出が始まった時点は、ＮＯX吸蔵還元触媒の吸蔵したＮＯXの全量が還元浄化された時点と考えることができる。従って、吸蔵ＮＯXの還元浄化開始時から下流側で水素成分が検出されるようになるまでの時間はＮＯX吸蔵還元触媒が吸蔵したＮＯX量に対応している。
【００１２】
特許文献１では上記を利用して、ＮＯX吸蔵還元触媒の上流側と下流側の排気通路に排気中の水素を検出するＨ2センサを配置し、吸蔵ＮＯXの還元浄化時に上流側のＨ2センサで水素が検出されてから下流側のＨ2センサで水素が検出されるまでの時間に基づいてＮＯX吸蔵還元触媒が吸蔵したＮＯX量の低下の有無（ＮＯX吸蔵還元触媒の劣化の有無）を判定している。
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−４７９１９号公報
【特許文献２】特開２００３−１２０３８３号公報
【特許文献３】特許第２６００４９２号
【特許文献４】特許第２７４５９８５号
【特許文献５】特許第２６０５５５３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述したように、ＳＯX被毒回復処理実行時にＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気中に水素を供給することにより効率的な被毒回復処理が可能となる。
しかし、そのためには被毒回復処理時にＮＯX吸蔵還元触媒が吸蔵したＳＯXの全量を触媒から脱離させるのに十分な量の水素をＮＯX吸蔵還元触媒に供給する必要がある。また、十分な量の水素をＮＯX吸蔵還元触媒に供給するためには、例えば、排気中の水素成分濃度が低い場合にはＳＯX被毒回復処理の継続時間を長く設定する必要がある。
【００１５】
更に、被毒回復処理時にＮＯX吸蔵還元触媒に供給する排気中の水素成分濃度がある値を越えると、余剰のＳＯXが水素と反応してＨ2Ｓ（硫化水素）を生成する問題がある。硫化水素は特有の臭気を有するのみならず有毒であるため、被毒回復処理実行毎に硫化水素が生成されることは好ましくない。
【００１６】
このため、ＳＯX被毒回復処理時にＮＯX吸蔵還元触媒に供給する排気中の水素成分濃度と被毒回復処理の継続時間とは、ＮＯX吸蔵還元触媒が吸蔵したＳＯXを脱離、還元するのに十分な量の水素をＮＯXに供給できるように設定する必要があり、かつ排気中の水素成分濃度は硫化水素が発生する値より低い値とする必要がある。すなわち、ＳＯX被毒回復処理時の排気中の水素成分濃度と回復処理継続時間とはこれらを考慮した上で適切な範囲に制御する必要があるのである。
【００１７】
ところが、前述した各特許文献ではＳＯX被毒回復処理時に排気中の水素成分濃度を制御、或いは水素成分濃度との関連で回復処理継続時間を制御することは考慮されていない。特許文献１においても、Ｈ2センサを使用して排気中の水素成分を検出することは示唆しているものの、ＳＯX被毒回復処理時に水素を使用して効率的に回復処理を行うことやその際に水素成分濃度を検出して水素成分濃度そのものや回復処理の継続時間を制御することは全く考慮されていない。
【００１８】
このため、記載した各特許文献ではＮＯX吸蔵還元触媒のＳＯX被毒回復処理を効率的に行うことができない問題がある。
【００１９】
本発明は上記問題に鑑み、水素を利用してＮＯX吸蔵還元触媒のＳＯX被毒回復処理を行う場合に、効率的に被毒回復処理行うことが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に配置した、流入する排気空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯXを吸収、吸着もしくはその両方により吸蔵し、流入する排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに吸蔵したＮＯXを排気中の還元成分を用いて還元浄化するＮＯX吸蔵還元触媒と、該ＮＯX吸蔵還元触媒上流側の排気通路に配置した排気中の水素成分濃度を検出するＨ2センサと、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記ＮＯX吸蔵還元触媒がＮＯXとともに吸蔵した硫黄酸化物をＮＯX吸蔵還元触媒から放出させるためにＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比をリッチ空燃比にしつつ排気温度を上昇させるＳＯX被毒回復処理を実行する際に、前記Ｈ2センサで検出したＮＯX吸蔵還元触媒上流側排気中の水素成分濃度に基づいてＳＯX被毒回復処理実行中のＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比とＳＯX被毒回復処理継続時間との少なくとも一方を制御する、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２１】
すなわち、請求項１の発明ではＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気中の水素成分濃度をＨ2センサで検出し、検出した水素成分濃度に応じて排気空燃比とＳＯX被毒回復処理の継続時間との一方もしくは両方を制御する。
機関排気中の水素成分濃度は、排気空燃比に応じて変化し、リッチ空燃比の範囲では排気空燃比が低く（リッチに）なるほど水素成分濃度が増大する。このため、排気中の水素成分濃度に応じて排気空燃比を変更することにより、ＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気中の水素成分濃度を、硫化水素が生成せずしかも比較的短時間でＳＯX被毒回復処理を終了することができる水素成分濃度範囲に調整することができる。
【００２２】
また、Ｈ2センサで検出した水素成分濃度（すなわち、実際にＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気中の水素成分濃度）を検出し、検出した水素成分濃度に応じて被毒回復処理を継続する時間を変更することにより、ＮＯX吸蔵還元触媒に吸蔵したＳＯXの全量を脱離還元するのに十分な量の水素をＮＯX吸蔵還元触媒に供給することができる。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、更に、前記ＮＯX吸蔵還元触媒の上流側かつＨ2センサ下流側の排気通路に、流入する排気空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＳＯXを吸蔵し、流入する排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに吸蔵したＳＯXを放出するＳＯXトラップを備えた、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２４】
すなわち、請求項２の発明ではＳＯXトラップがＮＯX吸蔵還元触媒の上流側に配置されており、Ｈ2センサはＳＯXトラップに流入する排気中の水素成分濃度を検出している。
ＳＯXトラップは排気空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＳＯXを吸蔵する。このため、ＮＯX吸蔵還元触媒の上流側にＳＯXトラップを配置することにより、ＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気から予めＳＯXを除去することができ、ＮＯX吸蔵還元触媒に吸蔵されるＳＯX量を大幅に低減することができる。
【００２５】
ところが、ＮＯX吸蔵還元触媒上流側にＳＯXトラップを設けて排気中のＳＯXを除去するようにした場合には、ＳＯX被毒回復処理時に高温かつリッチ空燃比の排気がＳＯXトラップを通過すると、ＳＯXトラップから吸蔵したＳＯXが脱離して下流側のＮＯX吸蔵還元触媒に比較的高濃度のＳＯXが流入する。
このように、比較的高濃度のＳＯXを含む排気がＮＯX吸蔵還元触媒に流入すると、排気空燃比がリッチ空燃比になっていても排気中のＳＯXの一部がＮＯX吸蔵還元触媒に吸蔵されてしまう場合があり、ＮＯX吸蔵還元触媒のＳＯX被毒が生じる。
【００２６】
この場合にも、排気中に還元力が強い水素が含まれると、ＳＯXトラップからのＳＯXの脱離が促進されるのみならず、水素の存在下ではＳＯXトラップから脱離したＳＯXが下流側のＮＯX吸蔵還元触媒に再吸蔵されることが防止されるようになる。
また、この場合も請求項１の発明と同様に、必要とされる水素濃度と被毒回復処理継続時間には最適な範囲があるため、排気空燃比と被毒回復処理継続時間との少なくとも一方をＨ2センサで検出した水素成分濃度に応じて制御することにより、効率的な被毒回復処理を行うことが可能となる。
【００２７】
請求項３に記載の発明によれば、前記ＳＯX被毒回復処理実行時に、Ｈ2センサで検出した排気中の水素成分濃度がＮＯX吸蔵還元触媒で硫化水素が生成される水素成分濃度より低くなるように、ＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比を制御する、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２８】
すなわち、請求項３の発明では、Ｈ2センサで検出した排気中の水素成分濃度が硫化水素が生成されない濃度範囲になるように排気空燃比が制御される。これにより、ＳＯX被毒回復処理中に硫化水素が生成されることが防止される。
【００２９】
請求項４に記載の発明によれば、前記ＳＯX被毒回復処理実行時に、Ｈ2センサで検出した排気中の水素成分濃度が０．１％から２．０％の間になるように、ＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比を制御する、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００３０】
すなわち、請求項４の発明では排気中の水素成分濃度は０．１％から２．０％の間になるように排気空燃比が制御される。ここで、水素成分濃度２．０％はＮＯX吸蔵還元触媒のＳＯX被毒回復処理時に硫化水素が生成しない一般的な上限値であり、水素成分濃度０．１％はＳＯX被毒回復処理が可能な排気空燃比の上限値（理論空燃比）に相当する値である。これにより、請求項４の発明では確実に硫化水素の生成を防止しつつＳＯX被毒回復処理を行うことが可能となる。
【００３１】
請求項５に記載の発明によれば、前記ＳＯX被毒回復処理実行時に、ＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気中の水素成分濃度が、ＳＯX被毒回復処理開始時に高く、その後緩やかに低下するように排気空燃比を制御する、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００３２】
すなわち、請求項５の発明ではＮＯX吸蔵還元触媒に供給される排気中の水素成分濃度が被毒回復処理開始時には高く、その後低下するようにされる。ＳＯX被毒回復処理時に排気がリッチ空燃比かつ高温にされると、ＮＯX吸蔵還元触媒やＳＯXトラップからは最初に比較的多量のＳＯXが急激に放出され、その後ＳＯX放出量は緩やかに低下して行く。
【００３３】
このため、放出されたＳＯXのＮＯX吸蔵還元触媒への再吸蔵を防止して効率的にＮＯX吸蔵還元触媒からの脱離を行わせるためには、ＳＯX被毒回復処理開始時に比較的多量の水素をＮＯX吸蔵還元触媒に供給する必要がある。また、その後は放出されるＳＯX量が低下するため、それに応じて供給する水素の量を低減することができる。
【００３４】
請求項５の発明では、ＳＯX被毒回復処理開始時に排気中の水素成分濃度を高く（排気空燃比を低く）設定し、その後水素成分濃度が緩やかに低下（排気空燃比が緩やかに増大）するように排気空燃比を制御することにより、常にＮＯX吸蔵還元触媒からＳＯXを脱離させるのに十分な水素をＮＯX吸蔵還元触媒に供給しつつ、過剰な水素の供給を生じる（排気空燃比を必要以上にリッチにする）ことを防止することが可能となっている。
【００３５】
請求項６に記載の発明によれば、更に、ＮＯX吸蔵還元触媒下流側の排気通路に、排気中の硫黄酸化物濃度を検出するＳＯXセンサを備え、前記Ｈ2センサで検出した水素成分濃度と、前記ＳＯXセンサで検出したＳＯX濃度とに基づいて、ＳＯX被毒回復処理実行中のＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比とＳＯX被毒回復処理継続時間との少なくとも一方を制御する、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００３６】
請求項７に記載の発明によれば、前記Ｈ2センサで検出した水素成分濃度が予め定めた第１の値以上であり、かつ前記ＳＯXセンサで検出した硫黄酸化物濃度が予め定めた第２の値以下になったときに、前記ＳＯX被毒回復処理を終了する、請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００３７】
すなわち、請求項６及び７の発明ではＮＯX吸蔵還元触媒上流側のＨ2センサに加えてＮＯX吸蔵還元触媒の下流側にＳＯXセンサが配置されている。ＮＯX吸蔵還元触媒のＳＯX被毒回復処理実行中はＮＯX吸蔵還元触媒からＳＯXが脱離するため、ＮＯX吸蔵還元触媒下流側の排気中にはＳＯXが含まれる。一方、ＳＯXの脱離が完了するとＮＯX吸蔵還元触媒下流側の排気にはＳＯXが含まれなくなる。このため、ＮＯX吸蔵還元触媒下流側に配置したＳＯXセンサの出力に基づいてＳＯX被毒回復処理の完了タイミング（ＳＯX被毒回復処理の継続時間）を判断することができる。
【００３８】
例えば、具体的には請求項７の発明のように、ＮＯX吸蔵還元触媒上流側のＨ2センサで検出した水素成分濃度が所定値より高く、本来であればＮＯX吸蔵還元触媒から吸蔵ＳＯXが脱離すべき状況であるにもかかわらず下流側のＳＯXセンサで検出したＳＯX濃度が低くなっているような場合には、ＮＯX吸蔵還元触媒にはもはや脱離すべきＳＯXが吸蔵されていない、すなわちＳＯX被毒回復処理が完了していると判断することができる。
【００３９】
上記のように、請求項６及び７の発明では、ＮＯX吸蔵還元触媒上流側のＨ2センサに加えて下流側にＳＯXセンサを配置し、これらで検出した水素成分濃度とＳＯX濃度とにより、排気空燃比、被毒回復処理の継続時間などを制御することにより、効率的な被毒回復処理を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００４０】
各請求項に記載の発明によれば、ＮＯX吸蔵還元触媒のＳＯX被毒回復処理に水素を用いる場合に、効率的に被毒回復処理を行うことが可能となるという共通の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の、実施形態の概略構成を説明する図である。
【００４２】
図１において、１は自動車用内燃機関を示す。本実施形態では、機関１は＃１から＃４の４つの気筒を備えた４気筒ガソリン機関とされ、＃１から＃４気筒にはそれぞれの気筒の吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁１１１から１１４が設けられている。本実施形態では、機関１は、リッチ空燃比からリーン空燃比までの広い空燃比範囲での運転が可能であり、運転領域の大部分でリーン空燃比運転を行うリーンバーン機関とされている。
【００４３】
また、本実施形態では＃１から＃４の気筒は互いに点火時期が連続しないそれぞれ２つの気筒からなる２つの気筒群にグループ分けされている。（例えば、図１の実施形態では、気筒点火順序は１−３−４−２であり、＃１、＃４の気筒と＃２、＃３の気筒とがそれぞれ気筒群を構成している。）また、各気筒の排気ポートは気筒群毎に排気マニホルドに接続され、気筒群毎の排気通路に接続されている。
【００４４】
図１において、２１ａは＃１、＃４気筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ａに接続する排気マニホルド、２１ｂは＃２、＃４気筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ｂに接続する排気マニホルドである。本実施形態では、個別排気通路２ａ、２ｂ上には、三元触媒からなるスタート触媒５ａと５ｂがそれぞれ配置されている。また、個別排気通路２ａ、２ｂはスタート触媒下流側で共通の排気通路２に合流している。
共通排気通路２上には、後述するＮＯX吸蔵還元触媒７をケーシングに収納したコンバータ７０が配置されている。
【００４５】
また、図１に３１で示すのは、排気通路２のコンバータ７０入口側に配置された、排気中の水素（Ｈ2）成分の濃度を検出するＨ2センサである。
更に、図１に３０で示すのは機関１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ３０は、本実施形態ではＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵを備えた公知の構成のマイクロコンピュータとされ、機関１の点火時期制御や燃料噴射制御等の基本制御を行っている。
【００４６】
また、本実施形態では、ＥＣＵ３０は上記の基本制御を行う他に、ＮＯX吸蔵還元触媒７に吸蔵されたＮＯX量が所定量まで増大する毎に噴射弁１１１から１１４の燃料噴射量を増大して、短時間機関をリッチ空燃比で運転するリッチスパイク操作を行い、ＮＯX吸蔵還元触媒７が吸蔵したＮＯXを脱離させ、還元浄化する。
【００４７】
更に、本実施形態ではＥＣＵ３０は、ＮＯX吸蔵還元触媒７に吸蔵された硫黄酸化物（ＳＯX）の量が所定値以上に増大する毎に排気温度が上昇する状態で機関をリッチ空燃比運転し高温かつリッチ空燃比の排気をＮＯX吸蔵還元触媒７に供給し、ＮＯX吸蔵還元触媒７から吸蔵したＳＯXを脱離させるＳＯX被毒回復処理を行う。
後述するように、このＳＯX被毒回復処理実行時にはＥＣＵ３０はＨ2センサ３１で検出した排気中の水素成分濃度に基づいて排気空燃比、処理継続時間などの制御を行う。
【００４８】
これらの制御を行うため、ＥＣＵ３０の入力ポートには、機関の運転状態を表すパラメータとして、図示しない機関吸気マニホルドに設けられた吸気圧センサ３３から機関の吸気圧力に対応する信号と、機関クランク軸（図示せず）近傍に配置された回転数センサ３５から機関回転数に対応する信号、機関１のアクセルペダル（図示せず）近傍に配置したアクセル開度センサ３７から運転者のアクセルペダル踏込み量（アクセル開度）を表す信号、がそれぞれ入力されている他、Ｈ2センサ３１からＮＯX吸蔵還元触媒７入口での排気中のＨ2濃度が入力されている。
【００４９】
また、ＥＣＵ３０の出力ポートは、各気筒への燃料噴射量と燃料噴射時期を制御するために、図示しない燃料噴射回路を介して各気筒の燃料噴射弁１１１から１１４に接続されている。
【００５０】
次に、本実施形態のＮＯX吸蔵還元触媒７について説明する。
本実施形態のＮＯX吸蔵還元触媒７は、例えばハニカム状に形成したコージェライト等の担体を用いて、この担体表面にアルミナのコーティングを形成し、アルミナ層上に、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 、セリウムＣｅ、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の成分と、白金Ｐｔのような貴金属とを担持させたものである。ＮＯX吸蔵還元触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに、排気中のＮＯX（ＮＯ2、ＮＯ）を硝酸イオンＮＯ3-の形で吸収し、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。
【００５１】
すなわち、機関１がリーン空燃比で運転されておりＮＯX吸蔵還元触媒７に流入する排気がリーン空燃比である場合には、排気中のＮＯX（ＮＯ）は例えば白金Ｐｔ上で酸化されてＮＯ2になり、更に酸化されて硝酸イオンを生成する。この硝酸イオンは、例えば吸収剤としてＢａＯが使用されている場合には吸収剤中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-の形で吸収剤内に拡散する。このため、リーン雰囲気下では排気中のＮＯXがＮＯX吸収剤内に硝酸塩の形で吸蔵されるようになる。
【００５２】
また、流入排気中の酸素濃度が大幅に低下すると（すなわち、排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になると）、白金Ｐｔ上での硝酸イオンの生成量が減少するため、反応が逆方向に進むようになり、吸収剤内の硝酸イオンＮＯ3-はＮＯ2の形で吸収剤から放出されるようになる。この場合、排気中にＣＯやＨ2等の還元剤として機能する成分やＨＣ成分（以下、還元成分等）が存在すると白金Ｐｔ上でこれらの成分によりＮＯ2が還元される。
【００５３】
ＮＯX吸蔵還元触媒７はリーン空燃比下で上記のようなメカニズムで排気中のＮＯXを吸収剤（例えばＢａＯ）中に硝酸イオンの形で吸蔵する。このため、吸収剤中の硝酸イオン濃度が増大するにつれて新たな硝酸イオンが吸収剤中に吸収されにくくなり、排気中のＮＯXの浄化率が低下する。そして、ＮＯX吸蔵還元触媒が吸蔵したＮＯX量がある上限値に到達すると（吸収剤中の硝酸イオン濃度が増大し、飽和濃度に到達すると）排気中のＮＯXを全く吸蔵できなくなる。
【００５４】
本実施形態では、ＥＣＵ３０は機関吸気圧、回転数、アクセル開度などの機関運転状態を表すパラメータに基づいて、予め実験等により求めておいた関係を用いて機関１から発生する単位時間当たりのＮＯX量を推定する。そして、機関発生ＮＯX量のうち所定割合の量をＮＯX吸蔵還元触媒７に吸蔵されるＮＯX量として一定時間毎に積算する。この積算値（ＮＯXカウンタと称する）はＮＯX吸蔵還元触媒７に吸蔵されたＮＯX量に対応する。
【００５５】
ＥＣＵ３０は更に、このＮＯXカウンタが所定値に到達する毎に機関１を短時間リッチ空燃比で運転してＮＯX吸蔵還元触媒７にリッチ空燃比の排気を供給するリッチスパイク操作を実行することにより、ＮＯX吸蔵還元触媒７から吸蔵したＮＯXを脱離させるとともに脱離したＮＯXを排気中の還元成分により還元浄化する。これにより、ＮＯX吸蔵還元触媒７は常にＮＯX吸蔵量が比較的低い状態でＮＯXを吸蔵するようになるため、ＮＯX吸蔵還元触媒のＮＯX浄化率を高く維持することが可能となる。
【００５６】
なお、上記のようにＮＯXカウンタを用いてＮＯX吸蔵還元触媒７のＮＯX吸蔵量を推定する代わりに、ＮＯX吸蔵還元触媒７下流側の排気通路に排気中のＮＯX濃度を検出するＮＯXセンサを配置し、下流側排気中のＮＯX濃度が所定値まで増大したときに（すなわち、ＮＯX吸蔵還元触媒７のＮＯX吸蔵量が増大したためにＮＯX吸蔵還元触媒７のＮＯX浄化能力が低下し、ＮＯX吸蔵還元触媒７に吸蔵されずに三元触媒下流側に到達するＮＯX成分が増大したと判断されるときに）上記リッチスパイクを実行するようにしても良い。
【００５７】
上記のように、ＮＯX吸蔵還元触媒７に吸蔵されたＮＯXはリッチスパイク操作を実行することによりＮＯX吸蔵還元触媒７から比較的簡単に脱離させることができる。
ところが、排気中にＳＯXが含まれるとリーン空燃比下ではＮＯX吸蔵還元触媒７には上記のＮＯXの吸蔵メカニズムと全く同じメカニズムでＳＯXが吸蔵される。
【００５８】
しかも、前述したようにＳＯXはＮＯX吸蔵成分との親和力が強く、安定した化合物を生成するため、ＮＯX吸蔵還元触媒に一旦ＳＯXが吸蔵されると前述したリッチスパイク操作程度ではＳＯXはＮＯX吸蔵還元触媒からほとんど脱離せず、触媒内にＳＯXが徐々に蓄積されて行くようになる。ＳＯXの吸蔵量が増大すると相対的にＮＯX吸蔵に関与できる吸収剤の量が減少するため、ＮＯX吸蔵量の上限が低下しＮＯX吸蔵還元触媒７の吸蔵能力が低下する（すなわち、ＳＯX被毒が生じる）。
【００５９】
そこで、通常ＮＯX吸蔵還元触媒を使用する場合には、触媒に吸蔵されたＳＯXがある程度増大する毎にＳＯX被毒回復処理を行い、ＮＯX吸蔵還元触媒からＳＯXを脱離させる。
ＳＯX被毒回復処理では、排気温度が上昇する運転状態で機関をリッチ空燃比運転しＮＯX吸蔵還元触媒を高温かつリッチ空燃比雰囲気に保持する。
【００６０】
すなわち、ＳＯX被毒回復処理ではＮＯX吸蔵還元触媒温度を上昇させることにより生成された硫酸塩を分解し触媒からＳＯXを脱離させ、ＮＯX吸蔵還元触媒をリッチ空燃比に維持することにより脱離したＳＯXがＮＯX吸蔵還元触媒に再吸蔵されることを抑制するのであるが、実際には前述したようにＳＯXはＮＯX吸蔵成分との親和力が強いため、空燃比がリッチに維持されていてもＮＯX吸蔵還元触媒の上流部分から脱離したＳＯXが下流側部分で再吸蔵される問題が生じる。このため、触媒の上流側に吸蔵されたＳＯXは脱離と再吸蔵とを繰り返しながら徐々に下流側部分に移動するようになり、触媒から完全に脱離するのには比較的長い時間を要する。
このため、ＳＯX被毒回復処理に比較的長い時間を要し機関の燃費が悪化したり、ＮＯX吸蔵還元触媒が高温に曝される時間が長くなり触媒の劣化を生じたりする問題が生じるのである。
【００６１】
ところで、上記のＳＯX被毒回復処理を効率的に行うには水素（Ｈ2）をＮＯX吸蔵還元触媒に供給することが有効であることが知られている。Ｈ2は還元力が極めて強いため、ＮＯX吸蔵還元触媒からのＳＯXの脱離を促進するとともに、一旦脱離したＳＯXがＮＯX吸蔵還元触媒に再吸蔵されることを抑制する作用を有する。このため、被毒回復処理時にＮＯX吸蔵還元触媒にＨ2を供給することにより、短時間でＮＯX吸蔵還元触媒からＳＯXを完全に脱離させることができる。
【００６２】
ＮＯX吸蔵還元触媒にＨ2を供給する方法としては、前述したように外部から排気ガスにＨ2を添加する方法や、内燃機関をリッチ空燃比で運転する方法、更にそれに加えて三元触媒や水素生成触媒を用いる方法等がある。
本実施形態では、図１に示したようにＮＯX吸蔵還元触媒７の上流側にはスタート触媒５ａ、５ｂとして三元触媒が配置されている。このため、機関１がＳＯX被毒回復処理のためにリッチ空燃比運転されるとスタート触媒５ａ、５ｂでは水素が生成されるようになる。
【００６３】
図２は、排気空燃比とＨ2の生成量との関係を示す図である。図２はスタート触媒５ａ、５ｂにおけるＨ2生成量を模式的に示している。三元触媒におけるＨ2生成量は、図２に実線１で示すように空燃比がリッチになるにつれて（空燃比が低くなるにつれて）ほぼ直線的に増大する。量的な相違はあるものの、機関本体におけるＨ2生成量や三元触媒に変えてＨ2生成触媒を用いた場合もＨ2生成量は空燃比が低くなるにつれてほぼ直線的に増大する。
このため、図１の実施形態ではＨ2生成量（排気中の水素成分濃度）を機関１の運転空燃比を変化させることにより変化させることができる。
【００６４】
ＳＯX被毒回復処理時にＮＯX吸蔵還元触媒から単位時間当たり脱離するＳＯX量（脱離速度）は、排気中の水素成分濃度に比例する。このため、ＳＯX脱離速度も図２の実線１に示すように空燃比に応じてほぼ直線的に変化する。このため、ＮＯX吸蔵還元触媒からＳＯXを短時間で脱離させることのみを考慮すれば、排気中の水素成分濃度は高いほど好ましい。
【００６５】
ところが、実際にはＳＯX被毒回復処理時にＨ2濃度がある程度以上高くなると脱離したＳＯXが更にＨ2と反応して硫化水素Ｈ2Ｓが生成されてしまう問題がある。図２に点線２で示したのは、ＳＯX被毒回復処理時の排気空燃比（すなわちＨ2濃度）とＮＯX吸蔵還元触媒におけるＨ2Ｓ生成量との関係を示している。図２、点線２に示すように排気中のＨ2濃度（排気空燃比）がある限界値（図２にＨＲＳで示す）を越えるとＮＯX吸蔵還元触媒で急激にＨ2Ｓが生成されるようになり、その後はＨ2濃度が増大するにつれて生成されるＨ2Ｓ量が増大する。従って、ＳＯX被毒回復処理時の排気中のＨ2濃度はＨ2Ｓ生成限界ＨＲＳより低く維持する必要がある。
【００６６】
また、排気中の水素成分濃度が低すぎる場合には、ＳＯXの脱離速度が低くなり被毒回復処理に要する時間が長くなる問題がある。
すなわち、効率的にＮＯX吸蔵還元触媒のＳＯX被毒回復処理を行うためには、ＮＯX吸蔵還元触媒に供給される排気中の水素成分濃度を適切な範囲に制御する必要があるのである。
【００６７】
本実施形態では、ＮＯX吸蔵還元触媒７入口に配置したＨ2センサ３１により排気中の水素成分濃度（Ｈ2濃度）を検出し、検出したＨ2濃度に基づいて被毒回復処理を行うことにより、効率的にＮＯX吸蔵還元触媒の被毒回復処理を行っている。
【００６８】
本実施形態のＨ2センサ３１としては、例えば水素のみに特異的に感応するＰｄ／Ｎｉ合金をセンサーとして使用する形式のもの等を使用することができる。
この種のＨ2センサは、例えば「Ｈ２ｓｃａｎ」の商品名で株式会社豊田マイクロシステム（東京都）から市販されているが、本実施形態で使用可能なＨ2センサはこれに限定されるものではなく、排気中のＨ2濃度を応答性良好に連続モニターできるものであれば形式を問わず使用可能である。
【００６９】
次に、本実施形態のＨ2センサを用いたＳＯX被毒回復処理の制御について説明する。
図３は、Ｈ2センサを用いたＳＯX被毒回復処理操作の一例を示すフローチャートである。本操作は、ＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンとして行われる。
【００７０】
本操作では、ＥＣＵ３０は、ＳＯX被毒回復処理時にＨ2センサ３１で検出したＮＯX吸蔵還元触媒７入口排気中のＨ2濃度ＨＲが予め定めた目標値（ＨＲ0）になるように機関の空燃比（排気空燃比）を制御する。また、何らかの原因でＨ2濃度ＨＲがＨ2Ｓ生成限界以上になった場合には空燃比を増大し（リーン方向に変化させ）てＨ2Ｓの生成を防止するようにしている。
【００７１】
すなわち、図３の操作が開始されると、まずステップ３０１では現在ＳＯX被毒回復処理を実行中か否かが判定される。本実施形態では、ＥＣＵ３０は、別途実行する図示しないＳＯX吸蔵量算出操作で、前述したＮＯXカウンタと同様な方法でＳＯX吸蔵量に対応するＳＯXカウンタを積算し、このＳＯXカウンタが所定値に到達する毎にＳＯX被毒回復処理を行う。或いは、ＳＯXカウンタを用いる代わりに例えば一定時間機関が運転される毎に、或いは車両の一定走行距離毎に一定時間ＳＯX被毒回復処理を行うようにしても良い。
【００７２】
ステップ３０１では、現在このＳＯX被毒回復処理が行われているか否かを判定し、回復処理実行中でない場合にはステップ３１５で、機関の燃料噴射量ＦＩＮをＦＩＮＣに設定する。ＦＩＮＣは、別途ＥＣＵ３０により行われる図示しない燃料噴射量演算操作により、機関運転状態（アクセル開度、機関回転数など）に基づいて算出される燃料噴射量である。すなわち、ＳＯX被毒回復処理が行われていない場合には、燃料噴射量は通常の値に設定される。
【００７３】
一方、ステップ３０１で現在ＳＯX被毒回復処理実行中であった場合には、次にステップ３０３で燃料噴射量ＦＩＮはＦＩＮＣに対して所定値ＦＩＮＳだけ増量される。ＦＩＮＳは、機関排気温度を上昇させかつリッチ空燃比にするのに十分な量として予め設定されている。すなわち、ＳＯX被毒回復処理実行中は機関は排気温度が高く、かつ排気空燃比がリッチ空燃比になる条件で運転される。
【００７４】
次いで、ステップ３０５ではＮＯX吸蔵還元触媒７入口排気のＨ2濃度ＨＲがＨ2センサ３１から読み込まれ、ステップ３０７では、このＨ2濃度ＨＲがＨ2Ｓが生成される下限値ＨＲＳ以上になったか否かが判定され、ＨＲ≧ＨＲＳであった場合にはステップ３１１に進み、ＳＯX被毒回復処理時の燃料増量値ＦＩＮＳを所定値ΔＦだけ減量する。
これにより、本操作ではＨ2濃度がＨ2Ｓ生成限界より高い場合には、Ｈ2Ｓ生成限界を下回るまで本操作実行毎に燃料噴射量が一定量ΔＦずつ減量されるようになる。
【００７５】
ステップ３０７でＨＲ＜ＨＲＳであった場合には、次にステップ３０９から３１３の操作により、Ｈ2濃度ＨＲが予め定めた目標値ＨＲ0になるように燃料噴射量の増量値ＦＩＮＳがΔＦずつ増減される。これにより、ＳＯX被毒回復処理実行中は、機関空燃比はＨ2Ｓが発生しない範囲で、目標値ＨＲ0近傍に維持されるようになる。
【００７６】
本実施形態では、ＳＯX被毒回復処理は予め定めた時間だけ継続され、所定の時間が経過すると被毒回復処理は終了してステップ３１５により空燃比は通常運転時の値に復帰する。そして、被毒回復処理時のＨ2濃度目標値ＨＲ0は上記の被毒回復処理継続時間内にＮＯX吸蔵還元触媒７が吸蔵したＳＯXの全量を脱離させるのに十分な濃度に設定されている。
【００７７】
目標濃度ＨＲ0は、ＳＯX被毒回復処理の実行頻度（被毒回復処理開始時のＮＯX吸蔵還元触媒のＳＯX吸蔵量）と処理継続時間とに応じて定まるが、被毒回復処理時の空燃比は少なくとも理論空燃比以下（リッチ空燃比）であることが必要であり、更にＨ2濃度の上限はＨ2Ｓの発生限界空燃比より高い必要があるため、Ｈ2濃度の目標値ＨＲ0は、０．１％以上２．０％以下の範囲とされる。
ここで、Ｈ2濃度０．１％はほぼ排気空燃比が理論空燃比のときのＨ2濃度に相当し、２．０％はＮＯX吸蔵還元触媒でＨ2Ｓが生成され始める下限Ｈ2濃度に相当する値である。
【００７８】
なお、被毒回復処理時のＨ2濃度目標値ＨＲ0は、一定値としても良いが、図４に示すように被毒回復処理開始から所定時間高い値に維持し、その後徐々に低下するようにしても良い。
【００７９】
通常、ＳＯX被毒回復処理が開始され、高温かつリッチ空燃比の排気がＮＯX吸蔵還元触媒に供給されると、ＢａＯなどの吸蔵材に硫酸塩の形で吸蔵されたＳＯXが脱離する前に、白金などの表面に吸着したＳＯXが急激に脱離する。このため、ＳＯX被毒回復処理開始直後には比較的多量のＳＯXがＮＯX吸蔵還元触媒から脱離し、その後脱離するＳＯXの量は徐々に低下するようになる。
【００８０】
このため、ＳＯX被毒回復処理開始時にＮＯX吸蔵還元触媒に比較的多量のＨ2を供給することにより、初期に脱離する比較的多量のＳＯXがＮＯX吸蔵還元触媒に再吸蔵されることを防止することができ、短時間でＳＯX被毒回復処理を完了することができる。
【００８１】
このため、例えば図４に示したようにＨ2濃度の目標値ＨＲ0を被毒回復処理開始時に高く設定し、その後時間の経過とともに低減するように設定することにより、ＳＯXの脱離状況に応じた適切な量のＨ2を過不足なくＮＯX吸蔵還元触媒に供給することができ、燃費の増大を防止しつつ効率的にＮＯX吸蔵還元触媒のＳＯX被毒回復処理を行うことができる。
【００８２】
図５は本実施形態のＳＯX被毒回復処理の図３とは別の実施形態を示すフローチャートである。
図５の操作もＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンとして行われる。
【００８３】
前述の図３の処理操作では、ＳＯX被毒回復処理の継続時間は予め一定の時間に設定され、その時間内にＮＯX吸蔵還元触媒の吸蔵したＳＯXの全量を脱離させるようにＨ2濃度目標値ＨＲ0が設定されていた。
【００８４】
これに対して、図５の操作では、Ｈ2濃度はＨ2Ｓの発生限界以下に制限されるものの、目標値ＨＲ0には制御されておらず、そのときの運転条件に応じた値になる。図５の操作では、上記のように運転条件に応じて変化するＨ2濃度をＨ2センサ３１で検出し、このＨ2濃度からＮＯX吸蔵還元触媒７に供給されるＨ2量を求め、供給されたＨ2量の合計がＮＯX吸蔵還元触媒７に吸蔵されたＳＯXの全量を脱離させるのに十分な値に到達するまで被毒回復処理を継続する。
すなわち、図５の処理ではＳＯX被毒回復処理の継続時間がＨ2センサ３１で検出したＨ2濃度により制御される。
【００８５】
図５の処理が開始されると、ステップ５０１ではフラグＳの値が１にセットされているか否かが判定される。フラグＳはＳＯX被毒回復処理実行要否を表すフラグであり、別途ＥＣＵ３０により実行される判定操作により、ＮＯX吸蔵還元触媒７に吸蔵されたＳＯX量が所定値に到達したと判断された場合（例えば、前述のＳＯXカウンタの値が所定値に到達した場合）に１にセットされる。また、フラグＳの値は本操作によりＳＯX被毒回復処理が完了したと判断されるとステップ５１５で０にリセットされる。
【００８６】
ステップ５０１でＳ≠１であった場合、すなわち現在ＳＯX被毒回復処理を実行する必要がない場合には、ステップ５１９が実行され、機関１の燃料噴射量ＦＩＮは別途ＥＣＵ３０により実行される燃料噴射量算出操作により算出された値ＦＩＮＣにセットされる。
【００８７】
又、ステップ５０１でＳ＝１であった場合には、ＳＯX被毒回復処理の実行が要求されているため、ステップ５０３に進み燃料噴射量をＦＩＮＳだけ増量し、排気がリッチ空燃比でかつ温度が高い状態で機関を運転する。ステップ５０３のＦＩＮＳは図３のステップ３０３と同様な量である。
【００８８】
次いで、ステップ５０５ではＨ2センサ３１からＮＯX吸蔵還元触媒入口排気中のＨ2濃度ＨＲを読み込み、ステップ５０７では、Ｈ2濃度ＨＲに機関吸入空気量Ｇを乗じた値を積算し、積算値ＴＨＲを求める。吸入空気量Ｇはほぼ排気流量に対応しているため、Ｈ2濃度ＨＲにＧを乗じた値は、ＮＯX吸蔵還元触媒に単位時間当たりに流入するＨ2の量に対応する値となる。又、積算値ＴＨＲはＳＯX被毒回復処理完了時にステップ５１７でゼロにリセットされるため、ステップ５０７で算出された積算値ＴＨＲは今回のＳＯX被毒回復処理開始時から現在までにＮＯX吸蔵還元触媒７に供給された水素成分の総量に対応する値となる。
【００８９】
なお、吸入空気量ＧはＥＣＵ３０により別途実行される図示しない演算操作により、吸気圧センサ３３で検出した吸気管圧力と回転数センサ３５で検出した機関回転数とに基づいて算出される。
【００９０】
ステップ５０７で積算値ＴＨＲ算出後、次いでステップ５０９では算出した積算値ＴＨＲが予め定めた判定値ＴＨＲ0に到達したか否かを判定し、到達している場合（ＴＨＲ≧ＴＨＲ0）には、ステップ５１５と５１７でフラグＳと積算値ＴＨＲとをゼロにリセットする。これにより、次回以降の図５の操作ではステップ５０１の後にステップ５１９が実行されるようになり、ＳＯX被毒回復処理は終了する。
【００９１】
ここで、判定値ＴＨＲ0は、ＮＯX吸蔵還元触媒７が吸蔵したＳＯXの全量を脱離、還元するのに十分なＨ2の量に対応する値であり、ＮＯX吸蔵還元触媒７の種類、ＳＯX被毒回復処理の実行頻度（ＳＯX被毒回復処理を開始するときのＳＯX吸蔵量）などにより定まるため、実際のＮＯX吸蔵還元触媒と機関とを用いた実験により決定することが好ましい。
【００９２】
ステップ５０９で、ＴＨＲ＜ＴＨＲ0であった場合には、すなわちＳＯX被毒回復処理はまだ完了していないため、ステップ５１１と５１３とを実行後今回の操作を修了する。
ステップ５１１、５１３は図３のステップ３０７、３１１と同じ操作であり、これにより排気中のＨ2濃度がＨ2Ｓ発生限界を越えないように排気空燃比が制御される。
【００９３】
なお、図５の操作ではＮＯX吸蔵還元触媒７に流入する水素成分量の積算値に基づいてＳＯX被毒回復処理の継続時間を定めているが、例えば、予め排気中のＨ2濃度とＳＯX被毒回復処理の継続時間との関係を定めておき、Ｈ2センサ３１で検出したＨ2濃度ＨＲから直接ＳＯX被毒回復処理の継続時間を決定するようにすることも可能である。
【００９４】
次に、図６を用いて本発明の排気浄化装置の図１とは別の構成例について説明する。
図６は、本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の概略構成を示す図１と同様な図である。図６において、図１と同じ参照符号は同様な要素を示している。
【００９５】
図６の構成では、ＮＯX吸蔵還元触媒７の上流側、かつＨ2センサ３１下流側の排気通路にＳＯXトラップ７３が設置されている点のみが図１の構成と相違している。
ＳＯXトラップ７３は、流入する排気の空燃比がリーンの時に排気中のＳＯXを吸蔵し、流入する排気の空燃比がリッチ空燃比になったときに吸蔵したＳＯXを、例えばＳＯ2の形で排気中に放出するものである。
【００９６】
ＳＯXトラップ７３としては、例えば、アルミナの担体上にカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ等のようなアルカリ金属、カルシウムＣａ等のようなアルカリ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のような貴金属とを担持したものなどが使用される。
【００９７】
ＳＯXトラップ７３は、排気が高温かつリッチ空燃比になったときにＳＯXが脱離しやすいように、ＳＯXを硫酸イオンＳＯ42-の形で、或いは硫酸塩を形成したとしても硫酸塩が安定しない状態でＳＯXトラップ内に保持する。
【００９８】
例えば、担体上に白金ＰｔとカルシウムＣａとを担持させた場合を例に取ると、排気空燃比がリーンのときには、排気中のＳＯX（例えばＳＯ2）が白金Ｐｔの表面で酸化されつつ硫酸イオンＳＯ42-の形で酸化カルシウムＣａＯ内に吸収され拡散し、硫酸カルシウムＣａＳＯ4を形成する。ところが、硫酸カルシウムは比較的安定性が低く、流入する排気の空燃比がリッチ空燃比になり排気中の酸素濃度が低下すると、一定温度以上では容易に分解し（ＣａＳＯ4→Ｃａ2+＋ＳＯ42-）、硫酸イオンＳＯ42-がＳＯX（ＳＯ2）の形でＳＯXトラップから放出される。
【００９９】
このようなＳＯXトラップ７３をＮＯX吸蔵還元触媒７の上流側に配置することにより、排気の空燃比がリーンのときには排気中のＳＯXの大部分がＳＯXトラップ７３に吸蔵され、下流側のＮＯX吸蔵還元触媒７にはほとんどＳＯX成分が到達しなくなる。
【０１００】
このため、ＮＯX吸蔵還元触媒７のＳＯX被毒回復処理の頻度を低く維持することができるようになり、高温リッチ空燃比の排気をＮＯX吸蔵還元触媒に供給するための燃料消費量の増大や、高温によるＮＯX吸蔵還元触媒の劣化を抑制することができる。
【０１０１】
なお、図６ではＮＯX吸蔵還元触媒７とＳＯXトラップ７３とを同一のケーシング７１内に近接配置した場合を示しているが、Ｈ2センサ３１とＮＯX吸蔵還元触媒７との間の位置であれば、ＳＯXトラップ７３はＮＯX吸蔵還元触媒７とは別のケーシングに収納して配置するようにしても良い。
【０１０２】
上記のように、ＳＯXトラップ７３をＮＯX吸蔵還元触媒７上流側に設けることにより機関の燃料消費量の増大や触媒の劣化を抑制することができるのであるが、この場合もＳＯX被毒回復処理時のＳＯXの再吸蔵の問題が生じる。
【０１０３】
すなわち、ＳＯX被毒回復処理時にＳＯXトラップから比較的高濃度のＳＯXが放出されると、下流側のＮＯX吸蔵還元触媒では空燃比がリッチであってもＳＯXがＮＯX吸蔵還元触媒に再吸蔵されてしまい、ＮＯX吸蔵還元触媒への再吸蔵と脱離とを繰り返しつつ徐々にＮＯX吸蔵還元触媒上を下流側に移動するため、ＳＯX被毒回復処理に比較的長い時間を要する問題が生じるのである。
【０１０４】
従って、図６のようにＮＯX吸蔵還元触媒上流側にＳＯXトラップを配置した場合も、ＳＯX被毒回復処理時にＮＯX吸蔵還元触媒７に水素を供給することにより、ＮＯX吸蔵還元触媒へのＳＯXの再吸蔵を防止することができる。
【０１０５】
なお、図６の構成においてもＨ2センサ３１で検出したＨ2濃度に基づいて機関空燃比またはＳＯX被毒回復処理継続時間を制御することにより、更に効率的なＳＯX被毒回復処理を行うことができる。また、図６の構成におけるＨ2濃度に基づく被毒回復処理の制御は図３の構成における制御と同様であるので、説明は省略する。
【０１０６】
次に、図７を用いて本発明の排気浄化装置の更に別の構成例について説明する。
図７は、本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の概略構成を示す図１と同様な図であり、図７において図１と同じ参照符号は同様な要素を示している。
【０１０７】
図７の構成では、ＮＯX吸蔵還元触媒７の上流側のＨ2センサ３１に加えてＮＯX吸蔵還元触媒７の下流側の排気通路に排気中の硫黄酸化物濃度（ＳＯX濃度）を検出可能なＳＯXセンサ９０が設けられている点のみが図１の構成と相違している。
【０１０８】
本実施形態で使用するＳＯXセンサ９０は応答性良好に連続的に排気中のＳＯX濃度を選出可能なものである必要があるが、現在のところこの要求を満たすＳＯXセンサは市販に至っていない。本実施形態は、将来このようなＳＯXセンサが実用化された場合に実施可能となる。
【０１０９】
本実施形態では、Ｈ2センサ３１ので検出したＮＯX吸蔵還元触媒７上流側の排気Ｈ2濃度に加えて、ＮＯX吸蔵還元触媒７下流側に配置したＳＯXセンサ９０で検出したＳＯX濃度を用いてＳＯX被毒回復処理時の空燃比制御や処理継続時間の制御を行う。
【０１１０】
すなわち、本実施形態では上流側Ｈ2センサ３１出力に基づいてＮＯX吸蔵還元触媒に流入する排気中のＨ2濃度が所定の範囲になるように排気空燃比を制御するとともに、上流側Ｈ2濃度が所定範囲にあるときに下流側ＳＯXセンサ９０で検出したＳＯX濃度が所定値以下になった場合にＳＯX被毒回復処理が完了したと判断する。
【０１１１】
ＳＯX被毒回復処理時にはＮＯX吸蔵還元触媒７にＨ2成分を含む排気を供給することにより、脱離したＳＯXの再吸蔵が抑制されるため脱離したＳＯXは排気とともにＮＯX吸蔵還元触媒７下流側に排出される。このため、排気中のＨ2濃度がある程度以上である場合にはＮＯX吸蔵還元触媒７からのＳＯXの脱離が続いている限りはＮＯX吸蔵還元触媒７下流側では排気中にＳＯXが検出される。
【０１１２】
従って、排気中のＨ2濃度が所定値以上であるにもかかわらずＮＯX吸蔵還元触媒７下流側のＳＯXセンサ９０でＳＯXがほとんど検出されないような状態になった場合にはＮＯX吸蔵還元触媒７に吸蔵されたＳＯXの脱離が完了したと判断することができる。
【０１１３】
そこで、本実施形態ではＳＯX被毒回復処理開始後にＮＯX吸蔵還元触媒７下流側のＳＯXセンサで検出したＳＯX濃度が所定値以下になった場合にＳＯX被毒回復処理を終了するようにしている。
これにより、ＳＯX被毒回復処理の完了を正確に判断することが可能となり、適切にＳＯX被毒回復処理を終了することができるため、ＳＯXの脱離が不十分な状態でＳＯX被毒回復処理を終了することによるＳＯX被毒の進行や必要以上に長時間ＳＯX被毒回復処理を実行することによる機関燃料消費量の増大とＮＯX吸蔵還元触媒の劣化を抑制することが可能となる。
【０１１４】
図８は、本実施形態のＳＯX被毒回復処理を説明するフローチャートである。
本操作も図３、図５の操作と同様にＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンとして行われる。
【０１１５】
図８の操作では、まずステップ８０１でフラグＳの値に基づいてＳＯX被毒回復処理の実行要否が判定され、ＳＯX被毒回復処理の実行が必要ない場合（Ｓ≠１）にはステップ８２１で通常の燃料噴射が行われる。また、ＳＯX被毒回復処理を実行する必要がある場合（Ｓ＝１）には、ステップ８０３で機関１の燃料噴射量がＦＩＮＳだけ増量される。
ステップ８０１、８０３、８２１の操作は、それぞれ図５ステップ５０１、５０３、５１９の操作と同一である。
【０１１６】
ステップ８０３でＳＯX被毒回復処理が実行された場合には、次にステップ８０５から８１１ではＮＯX吸蔵還元触媒７上流側のＨ2センサ３１からＨ2濃度ＨＲを読み込み（ステップ８０５）、このＨ2濃度ＨＲがＨ2Ｓの発生限界濃度ＨＲＳと第１の所定値ＨＲ1との間の範囲になるように（ステップ８０７、８１１）増量値ＦＩＮＳの値を一定量ΔＦ1（ステップ８０９）、ΔＦ2（ステップ８１３）ずつ増減する。
【０１１７】
そして、ステップ８１１でＨＲ≧ＨＲ1が成立している場合には、ステップ８１５に進みＮＯX吸蔵還元触媒７下流側のＳＯXセンサ９０から触媒下流側排気中のＳＯX濃度ＳＲを読み込み、ステップ８１７でＳＯX濃度ＳＲが予め定めた第２の所定値ＳＲ2以下になっている場合には、すなわちＮＯX吸蔵還元触媒７からのＳＯXの脱離が完了していると判断できるため、ステップ８１９でフラグＳの値をゼロにリセットして今回の操作を終了する。
【０１１８】
これにより、本操作が次に実行されるとステップ８０１の後にステップ８２１が実行されるようになり、ＳＯX被毒回復処理が終了する。また、ステップ８１７でＳＲ＞ＳＲ2であった場合には、ＮＯX吸蔵還元触媒７からのＳＯXの脱離がまだ続いているため、Ｓの値を１に保持したままで今回の操作を終了する。これにより、次に本操作が実行された場合にもステップ８０３以下のＳＯX被毒回復処理が実行されるようになる。
【０１１９】
なお、ステップ８１１の所定値ＨＲ1は０．１％（理論空燃比相当）からり２．０％（Ｈ2Ｓ生成限界）の範囲の適宜な値に設定可能であるが、小さい値に設定するほどＳＯX被毒回復処理の継続時間が長くなり、大きい値に設定するほどＨ2Ｓ生成限界に近くなるため、実際の触媒を用いた実験により決定することが好ましい。
また、ステップ８１７の判定値ＳＲ2は、実用上ＮＯX吸蔵還元触媒中の残存ＳＯX量が実用上問題がない程度に低下した時のＳＯX脱離量に相当する値であり、ＳＲ2についても実験により決定することが好ましい。
なお、図７の構成ではＳＯXトラップを配置しない場合について説明しているが、図６のようにＳＯXトラップを配置した場合にも、ＮＯX吸蔵還元触媒７下流側の排気通路にＳＯXセンサを設けることにより、図８と同様なＳＯX被毒回復処理が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を説明する図である。
【図２】排気空燃比とＨ2の生成量との関係を示す図である。
【図３】Ｈ2センサを用いたＳＯX被毒回復処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】被毒回復処理時のＨ2濃度目標値の設定例を示す図である。
【図５】Ｈ2センサを用いたＳＯX被毒回復処理の図３とは別の実施形態を示すフローチャートである。
【図６】本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の図１とは別の実施形態の概略構成を説明する図である。
【図７】本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の図１、図６とは別の実施形態の概略構成を説明する図である。
【図８】Ｈ2センサとＳＯXセンサとを用いたＳＯX被毒回復処理の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２１】
１    機関本体
２    排気通路
５ａ、５ｂ    スタート触媒
７    ＮＯX吸蔵還元触媒
３０    ＥＣＵ（電子制御ユニット）
３１    Ｈ2センサ
７３    ＳＯXトラップ
９０    ＳＯXセンサ
【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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【図８】
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