(57)【要約】【課題】  簡単な構成でかつ吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳ被毒を防止する。【解決手段】  排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、ＮＯｘ触媒の上流側に設けられたＳＯｘ吸収剤と、ＳＯｘ吸収剤の上流側に設けられた還元剤供給手段と、ＳＯｘ吸収剤のＳトラップ率を検出するＳトラップ率検出手段とを具備し、Ｓトラップ率が所定の値よりも小さい場合には還元剤供給手段による還元剤の供給前後におけるＳＯｘ吸収剤の温度変化量（ΔＴａ）がＮＯｘ触媒の温度変化量（ΔＴｂ）よりも小さくなるように、かつ還元剤の供給後におけるＳＯｘ吸収剤の温度（Ｔａ２）がＳトラップ率向上温度（Ｔｉ）よりも高くてＳ成分脱離温度（Ｔｒ）よりも低くなるように、還元剤供給手段により還元剤を供給し、それにより、ＮＯｘ触媒を高温にすると共に空燃比をリッチにすることによって、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出させるようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。【選択図】      図８
2006144624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
該ＮＯｘ触媒の上流側に設けられていてＳ成分を吸収してトラップするＳＯｘ吸収剤と、
該ＳＯｘ吸収剤の上流側において還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記ＳＯｘ吸収剤のＳトラップ率を検出するＳトラップ率検出手段とを具備し、
前記Ｓトラップ率検出手段により検出されたＳトラップ率が所定の値よりも小さい場合には、前記還元剤供給手段による前記還元剤の供給前後における前記ＳＯｘ吸収剤の温度変化量が前記還元剤の供給前後における前記ＮＯｘ触媒の温度変化量よりも小さくなるように、かつ、前記還元剤の供給後における前記ＳＯｘ吸収剤の温度が前記ＳＯｘ吸収剤のＳトラップ率を向上させられるＳトラップ率向上温度よりも高くてＳ成分が前記ＳＯｘ吸収剤から脱離するＳ成分脱離温度よりも低くなるように、前記還元剤供給手段により還元剤を供給し、それにより、前記ＮＯｘ触媒を高温にすると共に空燃比をリッチにすることによって、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出させるようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記還元剤供給手段は重質燃料および軽質燃料を供給するようになっており、該還元剤供給手段は前記重質燃料および前記軽質燃料の供給割合を変更可能であり、
前記ＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させる際には、前記重質燃料の供給割合を増すことによって前記ＳＯｘ吸収剤の温度を前記Ｓ成分脱離温度よりも低く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】
前記還元剤供給手段は重質燃料および軽質燃料を供給するようになっており、該還元剤供給手段は前記重質燃料および前記軽質燃料の供給割合を変更可能であり、
前記ＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させる際には、前記軽質燃料の供給割合を増すことによって前記ＳＯｘ吸収剤の温度を前記Ｓトラップ率向上温度よりも高くするようにした請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記還元剤供給手段はポスト噴射による還元剤供給と前記排気通路に設けられた還元剤噴射ノズルからの還元剤供給とを行うようになっており、前記還元剤噴射ノズルから供給される燃料がポスト噴射の燃料よりも重質である重質燃料であるようにした請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記還元剤供給手段は前記排気通路に設けられた還元剤噴射ノズルであり、前記ＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させる際には、前記還元剤噴射ノズルによる一回の噴射当たりの燃料噴射量を増大させること、および前記還元剤噴射ノズルによる噴射間隔を短くすることのうちの少なくとも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。
【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】
近年、燃料消費量を低減するために空燃比をリーン状態にして運転するようにした内燃機関（リーンバーンエンジン）が実用化されている。このような内燃機関においては、排ガス内の窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と称する）を十分に浄化するために吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が排気通路に設けられている。
【０００３】
本明細書において「吸蔵」という語は「吸収」及び「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。したがって、「吸蔵還元型ＮＯｘ触媒」は、「ＮＯｘ吸蔵剤」と「ＮＯｘ吸着剤」の両方を含み、前者はＮＯｘを硝酸塩等の形で蓄積し、後者はＮＯ2等の形で吸着する。また、イオウ分などに関するＮＯｘ触媒からの「放出」という語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。
【０００４】
また、内燃機関の燃焼室で燃焼される燃料および燃焼室で使用される潤滑油はイオウ成分（Ｓ成分）を含んでいるので、排ガス内にはイオウ酸化物（以下、「ＳＯｘ」と称する）も混入している。このため、このようなＳＯｘを予めトラップして吸収するためのＳＯｘ吸収剤すなわちＳトラップ剤が、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に設けられている。
【０００５】
ところが、上流側のＳＯｘ吸収剤においてトラップできるＳＯｘ量には限界があるので、トラップされたＳＯｘ量が所定の限界値を越えた場合には、ＳＯｘはＳＯｘ吸収剤を通過して吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入し、それにより、ＳＯｘが吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されるようになる。なお、ＮＯｘ吸蔵剤によるＳＯｘ吸蔵のメカニズムはＮＯｘの吸蔵作用の場合と全く同じである。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘはＮＯｘのように一時的なリッチ空燃比では放出されないので、ＳＯｘが吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に徐々に蓄積すると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘの吸蔵性能は次第に低下する（このことを以下、「ＳＯｘ被毒」または「Ｓ被毒」と称する）。
【０００６】
ＳＯｘ吸収剤におけるトラップ可能なＳＯｘ量を維持するために、ＳＯｘ吸収剤の再生が行われている。ＳＯｘ吸収剤の再生制御は、空燃比をストイキまたはリッチにすると共にＳＯｘ吸収剤を所定の温度まで昇温することにより行われ、それにより、ＳＯｘがＳＯｘ吸収剤から放出してＳＯｘ吸蔵剤が再生する。ところが、このような場合には、ＳＯｘ吸収剤から放出されたＳＯｘは下流側の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒にそのまま流入するので、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘの吸蔵性能は同様に低下することになる。
【０００７】
このようにＳＯｘにより吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の吸蔵性能が低下した場合には、空燃比をストイキまたはリッチにすると共に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を所定の温度まで昇温することにより、ＳＯｘを放出するようにしている。ところが、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を昇温する際にはＳＯｘ吸収剤は直接的には昇温されないので、ＮＯｘ触媒からＳＯｘが放出したとしても、ＳＯｘ吸収剤のトラップ可能なＳＯｘ量が所定の値を越えた場合には結局はＳＯｘが吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されることになる。
【０００８】
このような問題を回避するために特許文献１においては、ＳＯｘ吸収剤と吸蔵還元型ＮＯｘ触媒との間の排気通路から吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をバイパスするバイパス通路を設けると共に、バイパス通路の分岐部に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とバイパス通路のいずれか一方に排気ガスを流入させる切替弁を配置するようにした内燃機関の排気浄化装置が開示されている。このような排気浄化装置においては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出すべきときは排気ガスが吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する位置に切替弁を保持し、ＳＯｘ吸収剤からＳＯｘを放出すべきときには排気ガスがバイパス通路に流入する位置に切替弁を保持するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−１４５４３６号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示される排気浄化装置においては切替弁を回動するのに必要な所定の隙間が当然に存在しているので、ＳＯｘ吸収剤からＳＯｘを放出させる際にもＳＯｘの一部はバイパス通路を通過することなしに吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されることになり、従って、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の吸蔵性能の低下を完全に防止するのは困難である。
【００１０】
また、特許文献１に開示される排気浄化装置はバイパス通路および切替弁が必要であるために、排気浄化装置の構造が複雑化する。さらに、これら部材を設けたことによって、排気浄化装置自体も大型化するので、このような排気浄化装置を自動車などに設置するためのスペースを確保するのが困難となりうる。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成であっても吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳ被毒を防止する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する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した目的を達成するために１番目に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、該ＮＯｘ触媒の上流側に設けられていてＳ成分を吸収してトラップするＳＯｘ吸収剤と、該ＳＯｘ吸収剤の上流側において還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記ＳＯｘ吸収剤のＳトラップ率を検出するＳトラップ率検出手段とを具備し、前記Ｓトラップ率検出手段により検出されたＳトラップ率が所定の値よりも小さい場合には、前記還元剤供給手段による前記還元剤の供給前後における前記ＳＯｘ吸収剤の温度変化量が前記還元剤の供給前後における前記ＮＯｘ触媒の温度変化量よりも小さくなるように、かつ、前記還元剤の供給後における前記ＳＯｘ吸収剤の温度が前記ＳＯｘ吸収剤のＳトラップ率を向上させられるＳトラップ率向上温度よりも高くてＳ成分が前記ＳＯｘ吸収剤から脱離するＳ成分脱離温度よりも低くなるように、前記還元剤供給手段により還元剤を供給し、それにより、前記ＮＯｘ触媒を高温にすると共に空燃比をリッチにすることによって、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出させるようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１３】
すなわち１番目の発明においては、還元剤、すなわち炭化水素（ＨＣ）の反応性が比較的低いので、ＳＯｘ吸収剤に到達した還元剤はＳＯｘ吸収剤においてそれほど反応しない。このため、上流側のＳＯｘ吸収剤の温度はＳトラップ率向上温度と該Ｓトラップ率向上温度よりも高いＳ成分脱離温度との間までしか上昇しないようになり、それにより、ＳＯｘ吸収剤のトラップ効率の向上とＳＯｘ吸収剤からのＳ成分の脱離の抑制とを図ることができる。また、還元剤はＳＯｘ吸収剤においてそれほど反応することなしに下流側の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒まで到達して該ＮＯｘ触媒を主に昇温する。これにより、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度変化量がＳＯｘ吸収剤の温度変化量よりも大きい状態となり、還元剤を供給しているために空燃比はリッチ側にシフトする。従って、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを同時に放出することも可能となる。このように１番目の発明においては、下流側の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からのＳＯｘ放出時には上流側のＳＯｘ吸収剤からＳＯｘが放出されないので、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒がＳ被毒されることなしに、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出することが可能となる。従って、１番目の発明においては、従来技術で使用されるバイパス通路および切替弁を備えることなしに、上流側のＳＯｘ吸収剤のＳ成分の脱離抑制を図ると共に下流側の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からのＳ成分の放出を行うことができる。
【００１４】
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記還元剤供給手段は重質燃料および軽質燃料を供給するようになっており、該還元剤供給手段は前記重質燃料および前記軽質燃料の供給割合を変更可能であり、前記ＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させる際には、前記重質燃料の供給割合を増すことによって前記ＳＯｘ吸収剤の温度を前記Ｓ成分脱離温度よりも低くするようにした。
すなわち２番目の発明においては、還元剤供給手段から供給されてＳＯｘ吸収剤に到達した重質燃料は反応するのに比較的長時間を要するので、上流側のＳＯｘ吸収剤の温度をＳ成分脱離温度以下に抑えることが可能となる。なお、重質燃料および軽質燃料は内燃機関で使用される通常燃料とは別個に備えられていてもよく、また通常燃料から分留することにより重質燃料および軽質燃料を形成するようにしてもよい。
【００１５】
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記還元剤供給手段は重質燃料および軽質燃料を供給するようになっており、該還元剤供給手段は前記重質燃料および前記軽質燃料の供給割合を変更可能であり、前記ＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させる際には、前記軽質燃料の供給割合を増すことによって前記ＳＯｘ吸収剤の温度を前記Ｓトラップ率向上温度よりも高くするようにした。
すなわち３番目の発明においては、還元剤供給手段から供給されてＳＯｘ吸収剤に到達した軽質燃料は発熱するのに比較的短時間で済むので、上流側のＳＯｘ吸収剤の温度をＳトラップ率向上温度以上に比較的容易に高めることが可能となる。
【００１６】
４番目の発明によれば、３番目の発明において、前記還元剤供給手段はポスト噴射による還元剤供給と前記排気通路に設けられた還元剤噴射ノズルからの還元剤供給とを行うようになっており、前記還元剤噴射ノズルから供給される燃料がポスト噴射の燃料よりも重質である重質燃料であるようにした。
すなわち４番目の発明においては、重質燃料を還元剤噴射ノズルから供給すると共に、重質燃料よりも軽質の燃料をポスト噴射により供給することによって、重質燃料とこれより軽質の軽質燃料との供給割合を容易に変更することができる。
【００１７】
５番目の発明によれば、１番目の発明において、前記還元剤供給手段は前記排気通路に設けられた還元剤噴射ノズルであり、前記ＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させる際には、前記還元剤噴射ノズルによる一回の噴射当たりの燃料噴射量を増大させること、および前記還元剤噴射ノズルによる噴射間隔を短くすることのうちの少なくとも一方が行われる。
すなわち５番目の発明においては、比較的簡易な構成によってＮＯｘ触媒からのＳＯｘの放出を達成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
各発明によれば、従来技術で使用されるバイパス通路および切替弁を備えることなしに、上流側のＳＯｘ吸収剤のＳ成分の脱離抑制を図ると共に下流側の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からのＳ成分の放出を行うことができるという共通の効果を奏しうる。
さらに、２番目の発明によれば、上流側のＳＯｘ吸収剤の温度をＳ成分脱離温度以下に抑えることが可能となるという効果を奏しうる。
さらに、３番目の発明によれば、上流側のＳＯｘ吸収剤の温度をＳトラップ率向上温度以上に比較的容易に高めることが可能となるという効果を奏しうる。
さらに、４番目の発明によれば、重質燃料とこれより軽質の軽質燃料との供給割合を容易に変更することができるという効果を奏しうる。
さらに、５番目の発明によれば、比較的簡易な構成によってＮＯｘ触媒からのＳＯｘの放出を達成することができるという効果を奏しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１を参照すると、機関本体１は例えば四つの気筒を具備する。各気筒は対応する吸気枝管２を介してサージタンク３に接続され、サージタンク３は吸気ダクト４を介してエアクリーナ５に接続される。吸気ダクト４内にはスロットル弁６が配置される。また、各気筒には燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁７が取り付けられる。一方、各気筒は共通の排気マニホルド８を介してケーシング１０に連結されている。ケーシング１０内においてはＳＯｘ吸収剤９と吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」と称する）１２とが配置されている。図示されるように、ＳＯｘ吸収剤９はＮＯｘ触媒１２の上流側に配置されている。
【００２０】
電子制御ユニット２０はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス２１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、常時電力が供給されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）２５、入力ポート２６および出力ポート２７を具備する。サージタンク３にはサージタンク３内の絶対圧に比例した出力電圧を発生する圧力センサ２８が取り付けられている。ＳＯｘ吸収剤９の上流には排気中のＳＯｘ量に比例した出力電圧を発生するＳＯｘセンサ５１が取り付けられており、またＳＯｘ吸収剤９とＮＯｘ触媒１２の間にはＳＯｘ吸収剤９の出口における排気中のＳＯｘ量に比例した出力電圧を発生するＳＯｘセンサ５２が取り付けられている。さらに、ケーシング１０の下流には排気中のＮＯｘ量に比例した出力電圧を発生するＮＯｘセンサ５３、および空燃比を検出する空燃比センサ５４が設けられている。また、ケーシング１０におけるＳＯｘ吸収剤９およびＮＯｘ触媒１２のそれぞれの温度を検出する温度センサ５５、５６も設けられている。なお、圧力センサ２８により検出されるサージタンク３内の絶対圧は機関負荷を表している。
【００２１】
また、ケーシング１０の上流側には、必要に応じて還元剤、例えば炭化水素（ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ、以下適宜「ＨＣ」と称する）を排気経路内に添加する還元剤供給ノズル６０が設けられている。なお、この還元剤供給ノズル６０はケーシング１０と排気マニホルド８との間であればどこに配置してもよい。なお、本発明において使用される還元剤としては、排気ガス中で炭化水素や一酸化炭素等の還元成分を発生するものであれば良いが、貯蔵、補給等の際の煩雑さを避けるため内燃機関の燃料である軽油を還元剤として使用するのが好ましい。従って、特にことわりのない限りにおいては、還元剤供給ノズル６０は、燃料噴射弁７のための燃料タンク（図１には示さない）に充填された燃料を還元剤として供給するものとする。
【００２２】
これらセンサ２８、５１〜５６の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器３１を介して入力ポート２６に入力される。また、入力ポート２６には機関回転数Ｎを表す出力パルスを発生する回転数センサ３２が接続される。一方、出力ポート２７は対応する駆動回路３３を介して各燃料噴射弁７、還元剤供給ノズル６０およびスロットル弁６に接続されたステップモータ（図示しない）に接続される。
【００２３】
本実施態様では、ｉ番気筒の燃料噴射時間ＴＡＵ（ｉ）は次式に基づいて算出される。
ＴＡＵ（ｉ）＝ＴＰ・（１＋Ｋ（ｉ））
ここでＴＰは基本燃料噴射時間、Ｋ（ｉ）はｉ番気筒の補正係数をそれぞれ表している。
【００２４】
基本燃料噴射時間ＴＰは各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比を理論空燃比にするのに必要な燃料噴射時間であって予め実験により求められている。この基本燃料噴射時間ＴＰはサージタンク３内の絶対圧ＰＭおよび機関回転数Ｎの関数として図２に示すマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。補正係数Ｋ（ｉ）はｉ番気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比を制御するための係数であってＫ（ｉ）＝０であればｉ番気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比は理論空燃比となる。これに対してＫ（ｉ）＜０になればｉ番気筒で燃焼せしめら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（ｉ）＞０になればｉ番気筒で燃焼せしめら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。
【００２５】
本実施態様では通常運転時、全ての気筒において補正係数Ｋ（ｉ）は−ＫＬ（ＫＬ＞０）に維持されており、したがって全気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比はリーンに維持されている。図３は気筒から排出される排気中の代表的な成分の濃度を概略的に示している。図３からわかるように、気筒から排出される排気中の未燃ＨＣ，ＣＯの量は気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリッチになるほど増大し、気筒から排出される排気中の酸素Ｏ2の量は気筒で燃料せしめられる混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。
【００２６】
ＮＯｘ触媒１２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、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。なお、さらに好ましいＮＯｘ触媒１２については後述するものとする。排気通路内の或る位置よりも上流の排気通路内、燃焼室内、および吸気通路内に供給された全燃料量および全還元剤量に対する全空気量の比をその位置を流通する排気の空燃比と称すると、このＮＯｘ触媒１２は流入する排気の空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、流入する排気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触媒１２上流の排気通路内に燃料或いは空気が供給されない場合には流入する排気の空燃比は気筒に供給される全燃料量に対する全空気量の比に一致する。
【００２７】
上述のＮＯｘ触媒１２を機関排気通路内に配置すればこのＮＯｘ触媒１２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図４（ａ）および図４（ｂ）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。
【００２８】
すなわち、流入する排気がかなりリーンになると流入する排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図４（ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ2がＯ2-またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2-またはＯ2-と反応し、ＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。次いで生成されたＮＯ2の一部は白金Ｐｔ上でさらにに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、図４（ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3-の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ触媒１２内に吸収される。
【００２９】
流入する排気中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ2が生成され、吸収剤のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ2が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3-が生成される。これに対して流入する排気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、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2の形で吸収剤から放出される。すなわち、流入する排気中の酸素濃度が低下するとＮＯｘ触媒１２からＮＯｘが放出されることになる。流入する排気のリーンの度合が低くなれば流入する排気中の酸素濃度が低下し、したがって流入する排気のリーンの度合を低くすればＮＯｘ触媒１２からＮＯｘが放出されることになる。
【００３０】
一方、このときＮＯｘ触媒１２に流入する排気の空燃比をリッチにすると図３に示されるようにこの排気中には多量のＨＣ，ＣＯが含まれ、これらＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2-またはＯ2-と反応して酸化せしめられる。また、流入する排気の空燃比をリッチにすると流入する排気中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からＮＯ2が放出され、このＮＯ2は図４（ｂ）に示されるように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ＮＯ2が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ2が放出される。したがって流入する排気の空燃比をリッチにすると短時間のうちにＮＯｘ触媒１２からＮＯｘが放出されることになる。
【００３１】
上述したように通常運転時には全気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比はリーンに維持されている。したがって、通常運転時に各気筒から排出される排気中のＮＯｘはＮＯｘ触媒１２に導かれてＮＯｘ触媒１２に吸収される。ところが、ＮＯｘ触媒１２のＮＯｘ吸収能力には限界があるのでＮＯｘ触媒１２のＮＯｘ吸収能力が飽和する前にＮＯｘ触媒１２からＮＯｘを放出させる必要がある。そこで本実施態様では、ＮＯｘ触媒１２の吸収ＮＯｘ量を求め、この吸収ＮＯｘ量が予め定められた設定量よりも多くなったときには全気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比を一時的にリッチにしてＮＯｘ触媒１２からＮＯｘを放出させると共に還元するようにしている。
【００３２】
すなわち、ＮＯｘ触媒１２からＮＯｘを放出させるべきときには全気筒の補正係数Ｋ（ｉ）がＫＮ（＞０）に一時的に切り換えられる。ところが、燃料および機関の潤滑油内にはイオウ分が含まれているのでＮＯｘ触媒１２に流入する排気中にはイオウ分例えばＳＯｘが含まれており、ＮＯｘ触媒１２にはＮＯｘばかりでなくＳＯｘも吸収される。このＮＯｘ触媒１２へのＳＯｘの吸収メカニズムはＮＯｘの吸収メカニズムと同じであると考えられる。
【００３３】
すなわち、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を担持させた場合を例にとって説明すると、前述したように流入する排気の空燃比がリーンのときには酸素Ｏ2がＯ2-またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気中のＳＯｘ例えばＳＯ2は白金Ｐｔの表面でＯ2-またはＯ2-と反応してＳＯ3となる。次いで生成されたＳＯ3は白金Ｐｔ上で更に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、硫酸イオンＳＯ42-の形で吸収剤内に拡散する。次いでこの硫酸イオンＳＯ42-はバリウムイオンＢａ2+と結合して硫酸塩ＢａＳＯ4を生成する。
【００３４】
しかしながらこの硫酸塩ＢａＳＯ4は分解しずらく、流入する排気の空燃比を単にリッチにしても硫酸塩ＢａＳＯ4は分解されずにそのまま残る。したがってＮＯｘ触媒１２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触媒１２が吸収しうるＮＯｘ量が低下することになる。
【００３５】
そこで本実施態様では、ＳＯｘがＮＯｘ触媒１２に流入しないようにＮＯｘ触媒１２上流の排気通路内にＳＯｘ吸収剤９を配置している。このＳＯｘ吸収剤９は流入する排気の空燃比がリーンのときにＳＯｘを吸収し、ＳＯｘ吸収剤９の温度がＳＯｘ放出温度よりも高いときに流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＳＯｘを放出する。
【００３６】
上述したように通常運転時に全気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比はリーンであるので気筒から排出されるＳＯｘはＳＯｘ吸収剤９に吸収され、ＮＯｘ触媒１２にはＮＯｘのみが吸収されることになる。ところがＳＯｘ吸収剤９のＳＯｘ吸収能力にも限界があり、ＳＯｘ吸収剤９のＳＯｘ吸収能力が飽和する前にＳＯｘ吸収剤９からＳＯｘを放出させる必要がある。そこで本実施態様では、ＳＯｘ吸収剤９のＳＯｘ吸収能力、すなわちＳトラップ率を求め、このＳトラップ率が予め定められた値よりも多くなったときにＳＯｘ吸収剤９の温度を一時的にＳＯｘ放出温度よりも高くすると共にＳＯｘ吸収剤９に流入する排気の空燃比を一時的にリッチにしてＳＯｘ吸収剤９からＳＯｘを放出させるようにしている。なお、ＳＯｘ吸収剤９からＳＯｘを放出させるべきときにＳＯｘ吸収剤９に流入する排気の空燃比を理論空燃比にしてもよいが、この場合単位時間当たりにＳＯｘ吸収剤９から放出されるＳＯｘ量が少なくなる。
【００３７】
ところで、ＳＯｘ吸収剤９に流入する排気中に多量の酸素と多量のＨＣとが同時に含まれていると、これら酸素およびＨＣがＳＯｘ吸収剤９において反応するためにこの反応熱でもってＳＯｘ吸収剤９を加熱することができる。この場合、ＳＯｘ吸収剤９に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもわずかばかりリッチであるとＨＣをＳＯｘ吸収剤９の加熱作用およびＳＯｘ放出作用のために有効に利用することができる。一方、図３に示されるように気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリッチにすれば排気中に多量のＨＣが含まれ、リーンにすれば排気中に多量の酸素が含まれる。
【００３８】
ＳＯｘ吸収剤９に流入する排気の空燃比をリッチにしたときにＳＯｘ吸収剤９からＳＯｘが容易に放出されるようにするためには吸収したＳＯｘが硫酸イオンＳＯ42-の形で吸収剤内に存在するか、或いは硫酸塩ＢａＳＯ4が生成されたとしても硫酸塩ＢａＳＯ4が安定しない状態で吸収剤内に存在するようにすることが必要となる。これを可能にするＳＯｘ吸収剤９としてはアルミナからなる担体上に銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、マンガンＭｎ、ニッケルＮｉのような遷移金属、ナトリウムＮａ、チタンＴｉ、およびリチウムＬｉから選ばれた少なくとも一つを担持した吸収剤を用いることができる。或いは、ＳＯｘ吸収剤９にＳＯｘを確実に吸収させるためにＳＯｘ吸収剤９のアルカリ度をＮＯｘ触媒１２よりも高くしてＳＯｘをＳＯｘ吸収剤９内に比較的安定な硫酸塩の形で保持する方がよいという考え方もある。これを可能にするＳＯｘ吸収剤としては例えばアルミナからなる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、カルシウムＣａ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吸収剤を用いることができる。
【００３９】
図５は、本発明に基づく排気浄化装置の動作プログラムを示すフローチャートである。この動作プログラム１００は上記のことに基づいているものであり、以下、動作プログラム１００を参照しつつ本発明の排気浄化装置の動作について説明する。なお、この動作プログラム１００は電子制御ユニット２０のＲＯＭ２２またはＲＡＭ２３に予め組み込まれているものとする。
【００４０】
ステップ１０１においては、ＳＯｘ吸収剤９のＳＯｘ吸収能力、つまりＳトラップ率Ｒｓが所定の値Ｒｓ０よりも大きいか否かが判定される。図６（ａ）は、ＳＯｘ吸収剤９におけるイオウ成分のトラップ量と時間との関係を示す図である。図６（ａ）においては縦軸はＳＯｘ吸収剤９に吸収される排ガス中のイオウ成分の量を示しており、横軸は時間を示している。図６（ａ）においては、例えば時刻ｔｚにおける実線Ｘ０よりも上方の部分ＳａがＳＯｘ吸収剤９に吸収されるイオウ成分の量であり、実線Ｘ０よりも下方の部分ＳｂがＳＯｘ吸収剤９よりも下流に排出されるイオウ成分の量である。本発明におけるＳトラップ率Ｒｓは、ＳａとＳｂとを用いて、例えばＲｓ＝Ｓａ／（Ｓａ＋Ｓｂ）として表される。なお、図６（ａ）における破線Ｚ０はＳＯｘ吸収剤９に流入するイオウ成分の全量を示しており、イオウ成分の全量Ｚ０とＳａ、Ｓｂとの間にはＺ０＝Ｓａ＋Ｓｂの関係がある。図６（ａ）から分かるように、ＳＯｘ吸収剤９によりトラップされるイオウ成分の量Ｓａは時間の経過と共に小さくなり、最終的には零に近付くようになる。このため、Ｓトラップ率Ｒｓも最終的には零に近付く。
【００４１】
ＳＯｘセンサ５１、５２から得られるＳＯｘ量は、それぞれＳａ＋Ｓｂ（＝Ｚ０）、Ｓａを示しているので、ステップ１０１においては、これらＳＯｘ量からＳトラップ率Ｒｓを算出し、このＳトラップ率Ｒｓの所定の値Ｒｓ０に対する比較を行う。なお、所定の値のＳトラップ率Ｒｓ０は実験などにより予め定められた値であり、機関回転数Ｎと絶対圧ＰＭ（機関負荷）との関数としてマップの形で予め、ＲＯＭ２２またはＲＡＭ２３に予め組み込まれているものとする。そして、Ｓトラップ率Ｒｓが所定の値よりも小さい場合にはステップ１０２に進む。一方、Ｓトラップ率Ｒｓが所定の値よりも小さくない場合には、後述する工程を行う必要がないので処理を終了する。
【００４２】
なお、ステップ１０１においてはＳトラップ率Ｒｓを算出し、これを所定の値Ｒｓ０と比較しているが、必ずしもＳトラップ率Ｒｓを算出する必要はなく、後述する他の判定手法を用いることによりＳＯｘ吸収剤９のＳトラップ率が低下したか否かを判定するようにしてもよい。
【００４３】
例えばＮＯｘ触媒１２の下流に設けられたＮＯｘセンサ５３からのＮＯｘ量を用いてＮＯｘ触媒１２におけるＮＯｘ浄化率を求めることもできる。図７はＮＯｘ触媒１２におけるＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ触媒１２に吸収されるＳＯｘ量との関係を示す図である。ＮＯｘ触媒１２はＳＯｘ吸収剤９よりも下流に配置されているので、ＳＯｘ吸収剤９のＳトラップ率Ｒｓが低下した場合には、ＳＯｘ吸収剤９でトラップできなかったＳＯｘがＮＯｘ触媒１２に吸収されることになる。ＮＯｘ触媒１２におけるＳＯｘ蓄積量が増加すると、ＮＯｘ触媒１２のＮＯｘ浄化率は当然に低下するようになる。従って、下流側のＮＯｘ触媒１２のＮＯｘ浄化率が或る所定の値、例えば図示されるＺ（ＮＯｘ）よりも低下したか否かを判定することにより、上流側のＳＯｘ吸収剤９のＳトラップ率Ｒｓが低下したか否かを間接的に判定することができる。
【００４４】
また、ＮＯｘ触媒１２の下流に設けられた空燃比センサ５４からの空燃比を用いてＳＯｘ吸収剤９のＳトラップ率Ｒｓの判定を間接的に行うようにしてもよい。この場合に、ケーシング１０の上流における排ガスの空燃比がリーンからリッチにシフトするときには、ＮＯｘ触媒１２の下流に設けられた空燃比センサ５４により検出される空燃比もリーンからリッチにシフトする。これによりＮＯｘ触媒１２に吸収されていたＮＯｘが還元浄化される。ところが、このときには排ガス中のＨＣがはじめに消費されるので、ＮＯｘ触媒１２の下流における排ガスの空燃比はリーンからストイキになったと判定される。そして、ＮＯｘ触媒１２に吸収されていたＮＯｘが全て還元浄化されると、空燃比はストイキからリッチになる。つまり、ＮＯｘ触媒１２の下流における空燃比がストイキ状態にある時間が長いほど、ＮＯｘ触媒１２のＮＯｘ浄化率は低いことになる。それゆえ、ケーシング１０の上流における排ガスの空燃比がリーンからリッチにシフトするときにケーシング１０下流の排ガスの空燃比についてのストイキ状態の時間が所定の時間よりも長いか否かを判定することにより、上流側のＳＯｘ吸収剤９のＳトラップ率Ｒｓが低下したか否かを間接的に判定することができる。当然のことながら、さらに別の手法、例えばＳＯｘ吸収剤９に吸収された吸収ＳＯｘ量を検出することにより、Ｓトラップ率Ｒｓの低下を判定するようにしてもよい。
【００４５】
次いで、動作プログラム１００のステップ１０２において、温度センサ５１によりＳＯｘ吸収剤９の温度Ｔａ１を取得し、同様にＳＯｘセンサ５２によりＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｂ１を取得する。
【００４６】
図８は、ＳＯｘ吸収剤およびＮＯｘ触媒の温度と時間との関係を示す図である。図８においては、縦軸はＳＯｘ吸収剤９およびＮＯｘ触媒１２の温度を示しており、横軸は時間ｔを示している。また、図８に示される実線Ｘ１はＳＯｘ吸収剤９の温度変化を示しており、実線Ｘ２はＮＯｘ触媒１２の温度変化を示している。さらに、図８に示される破線ＴｉはＳトラップ率を向上させられるＳトラップ率向上温度を示している。また、破線ＴｒはＳトラップ率向上温度よりも高い温度であって、Ｓ成分がＳＯｘ吸収剤から脱離するＳ成分脱離温度を示している。これらＳトラップ率向上温度ＴｉおよびＳ成分脱離温度ＴｒはＳＯｘ吸収剤９の種類に応じて定まる値であり、本実施形態においては、Ｓトラップ率向上温度Ｔｉは約３５０℃であり、好ましくは４００℃であり、また、Ｓ成分脱離温度Ｔｒは約６００℃である。
【００４７】
図８においては、ステップ１０２におけるＳＯｘ吸収剤９の温度Ｔａ１およおびＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｂ１はケーシング１０に流入する排ガスの温度Ｔ０に概ね等しくなっている。従って、温度Ｔａ１と温度Ｔｂ２とが互いに等しい場合もありうる。
【００４８】
次いで、ステップ１０３に進み、図１に示される還元剤供給ノズル６０、または後述するポスト噴射などを用いることによりＨＣを排気管１１に供給する。ＨＣがＳＯｘ吸収剤９に到達することによってＳＯｘ吸収剤９の温度は上昇するようになる。次いで、ステップ１０４に進み、還元剤供給後のＳＯｘ吸収剤９の温度Ｔａ２およびＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｂ２とをそれぞれ取得する。
【００４９】
次いで、ステップ１０５においてＳＯｘ吸収剤９の温度Ｔａ２がＳトラップ率向上温度Ｔｉ以上であるか否かを判定し、ＳＯｘ吸収剤９の温度Ｔａ２がＳトラップ率向上温度Ｔｉ以上である場合にはステップ１０６に進む。ステップ１０６においてはＳＯｘ吸収剤９の温度Ｔａ２がＳ成分脱離温度Ｔｒ以下であるか否かを判定し、ＳＯｘ吸収剤９の温度Ｔａ２がＳ成分脱離温度Ｔｒ以下である場合にはステップ１０７に進む。一方、ステップ１０５においてＳＯｘ吸収剤９の温度Ｔａ２がＳトラップ率向上温度Ｔｉ以上でない場合にはステップ１２１に進んで、ＳＯｘ吸収剤９に対して後述する昇温制御が行われる。また、ステップ１０６においてＳＯｘ吸収剤９の温度Ｔａ２がＳ成分脱離温度Ｔｒ以下でない場合にはステップ１２２に進んで、ＳＯｘ吸収剤９に対して後述する降温制御が行われる。
【００５０】
図９（ａ）から図９（ｃ）は、還元剤供給ノズル６０による還元剤供給の状態を示す図である。これら図面を参照しつつ、本発明においてＳＯｘ吸収剤９の温度を上昇させる昇温制御およびＳＯｘ吸収剤９の温度を下降させる降温制御について説明する。図９（ａ）から図９（ｃ）においては内燃機関１の燃料である軽油が充填された燃料タンク７０が示されている。これら図面には示さないものの、燃料タンク７０は図１に示される各気筒の燃料噴射弁７に接続されており、燃料タンク７０内の燃料が燃料噴射弁７を通じて各気筒に噴射されているものとする。
【００５１】
図９（ａ）においては、燃料タンク７０は分留部７１に接続されている。分留部７１は燃料タンク７０内の燃料の一部を所定の温度、例えば３００℃程度にまで加熱できるようになっている。分留部７１は内燃機関１または排気マニホルド８、排気管１１などに隣接または接触して設置されているのが好ましく、それにより、排ガスの熱を利用して燃料の分留を促進することが可能になる。
【００５２】
燃料の一部を前述した所定の温度まで加熱することによって、燃料のうちの比較的軽質な軽質燃料が蒸発する。蒸発した燃料を回収して冷却することにより、軽質燃料を液化して軽質燃料タンク６２に供給する。一方、燃料のうちの比較的重質な重質燃料は分留部７１において蒸発しないので、そのまま重質燃料タンク６１に供給される。
【００５３】
図示されるように、重質燃料タンク６１および軽質燃料タンク６２のそれぞれから延びる供給路は還元剤供給ノズル６０に接続された調節弁６３に接続されている。調節弁６３によって重質燃料タンク６１からの重質燃料および軽質燃料タンク６２からの軽質燃料の供給割合を適宜変更することが可能である。
【００５４】
本発明において、ＳＯｘ吸収剤９に対して降温制御を行う際には、比較的反応性の低い重質燃料の供給割合を高めるようにしている。これにより、還元剤供給ノズル６０から供給される燃料が、上流側のＳＯｘ吸収剤９においてそれほど反応しなくなり、燃料の大部分は下流側のＮＯｘ触媒１２に到達するようになる。重質燃料よりも供給割合の少ない軽質燃料によってＳＯｘ吸収剤９の温度はＳトラップ率向上温度Ｔｉを越える程度にまで上昇するものの、大部分の燃料がＳＯｘ吸収剤９よりも下流に流れるのでＳＯｘ吸収剤９の温度はＳ成分脱離温度Ｔｒよりも低く抑えられる。
【００５５】
一方、ＮＯｘ触媒１２に到達した燃料はＮＯｘ触媒１２上で反応し、ＮＯｘ触媒１２に吸収されたＳＯｘが脱離する程度にまでＮＯｘ触媒１２を昇温する。このときには、還元剤供給ノズル６０から燃料が供給されているために排ガスの空燃比はリッチ側にシフトしており、ＮＯｘ触媒１２からＳＯｘが脱離するようになる。
【００５６】
また、ＳＯｘ吸収剤９に対して昇温制御を行う際には、調節弁６３によって比較的反応性の高い軽質燃料の供給割合を高めるようにする。この場合には、反応性の高い軽質燃料が上流側のＳＯｘ吸収剤９において反応し、それにより、ＳＯｘ吸収剤９の温度が上昇する。これにより、ＳＯｘが硫酸塩の形で保持され、従って、ＳＯｘ吸収剤９のＳトラップ率をさらに向上させられる。
【００５７】
図９（ｂ）には還元剤供給ノズルによる還元剤供給の状態を示す他の図が示されている。図９（ｂ）においては分留部７１は示されておらず、軽質燃料タンク６２の代わりに燃料タンク７０が調節弁６３に接続されている。つまり、図９（ｂ）においては燃料タンク７０の燃料を比較的反応性の高い軽質燃料として使用している。さらに、図９（ｂ）に示される場合においては、重質燃料タンク６１内の重質燃料が燃料タンク７０の燃料とは別に予め準備されている。
【００５８】
さらに、図９（ｃ）には還元剤供給ノズルによる還元剤供給の状態を示すさらに他の図が示されている。図９（ｃ）においても分留部７１は示されておらず、重質燃料タンク６１内の重質燃料と軽質燃料タンク６２内の軽質燃料とが燃料タンク７０とは別個に予め別々に準備されている。詳細には説明しないが、図９（ｂ）および図９（ｃ）に示される場合においても、ＳＯｘ吸収剤９に対して降温制御を行う場合には重質燃料の供給割合を高くし、またＳＯｘ吸収剤９に対して昇温制御を行う場合には軽質燃料の供給割合を高くすることが行われる。
【００５９】
また、図９（ｃ）の左方に概略的に示されるように、燃料タンク７０からの燃料を燃料噴射弁７を通じて排気管１１に供給するようにしてもよい。この場合には、軽質燃料タンク６２から軽質燃料を供給する代わりに、燃料噴射弁７の噴射状態を変更することによって比較的軽質な燃料タンク７０内の燃料を軽質燃料として供給する。従って、この場合にも、燃料噴射弁７および調節弁６３を調整することにより、重質燃料と軽質燃料との供給割合を変更することが可能となる。
【００６０】
なお、図９（ｃ）に示されるように燃料噴射弁７から燃料を供給するためにポスト噴射を採用できる。図１０は、噴射時期を説明するための図である。図１０の（０）は通常の燃料噴射制御を示しており、メイン噴射Ｑｍを圧縮ＴＤＣ（上死点）付近で行った後で、ポスト噴射Ｑｐを行っている。ポスト噴射Ｑｐにより噴射された燃料は比較的軽質であるので、この燃料はＳＯｘ吸収剤９上で反応し、ＳＯｘ吸収剤９が昇温される。
【００６１】
ところで、ＳＯｘ吸収剤９の温度をさらに上昇させることを望む場合には、図１０の（１）に示されるように、ポスト噴射Ｑｐをメイン噴射Ｑｍ側、つまり進角側にシフトさせる。この場合には、ポスト噴射Ｑｐにより噴射された燃料が霧化する時間が図１０の（０）の場合よりも長く確保され、燃料は比較的反応しやすい状態でＳＯｘ吸収剤９に到達する。従って、ポスト噴射Ｑｐにより噴射された燃料はＳＯｘ吸収剤９上で反応し、それにより、ＳＯｘ吸収剤９の温度を上昇させられる。
【００６２】
一方、ＳＯｘ吸収剤９の温度を下降させることを望む場合には、図１０の（２）に示されるように、ポスト噴射Ｑｐをメイン噴射Ｑｍ側とは反対側、つまり遅角側にシフトさせる。この場合には、霧化時間が十分に確保されないので、燃料は比較的反応し難い状態でＳＯｘ吸収剤９に到達する。従って、ポスト噴射Ｑｐにより噴射された燃料はＳＯｘ吸収剤９上でそれほど反応することなしに、下流側のＮＯｘ触媒１２に流入する。それゆえ、このような場合にはＳＯｘ吸収剤９の温度を比較的低く抑えることが可能となる。
【００６３】
さらに、燃料噴射弁７から燃料を供給する際には他の方式を採用できる。図１１（ａ）および図１１（ｂ）はそれぞれ従来技術および本発明におけるＨＣ量および空燃比のタイムチャートである。図１１（ａ）に示されるようにＨＣの供給をパルス状に行うと、排ガスの空燃比のリーンからリッチへの変化もパルス状になる。図１１（ｂ）においては図１１（ａ）の場合とほぼ同様の噴射間隔でＨＣ量を増大させている。図示されるように、図１１（ｂ）の場合のＨＣ供給時間ｔｂは図１１（ａ）の場合のＨＣ供給時間ｔａよりも短い。しかしながら、図１１（ｂ）の場合にはＨＣ供給量が図１１（ａ）の場合よりも多いので、空燃比もその分だけリッチ側にさらにシフトする。このように通常の場合よりも多量の燃料を噴射した場合には、排気通路の酸素量が低下する。従って、このときに噴射した燃料がＳＯｘ吸収剤９に到達したときには、燃料が反応するのに必要な酸素が不足することになり、その結果、燃料はＳＯｘ吸収剤９においてそれほど反応することなしにＮＯｘ触媒１２に到達し、ＮＯｘ触媒１２を昇温する。それゆえ、このような場合にもＳＯｘ吸収剤９の温度を比較的低く抑えることが可能となる。
【００６４】
同様に、図１２（ａ）および図１２（ｂ）はそれぞれ従来技術および本発明におけるＨＣ量および空燃比の他のタイムチャートであり、図１１（ａ）および図１１（ｂ）とほぼ同様の図である。これら図面に示されるように、一回の噴射におけるＨＣの供給量は、図１２（ａ）の場合および図１２（ｂ）の場合においてほぼ同一である。しかしながら、図１２（ｂ）に示される噴射間隔ｔｙは図１２（ａ）の場合の噴射間隔ｔｘよりも短くなっている。従って、このような場合にも噴射された燃料が反応するのに必要とされる酸素が不足することになり、それゆえ、前述したのと同様の理由によりＳＯｘ吸収剤９の温度を比較的低く抑えることが可能となる。
【００６５】
さらに、ＳＯｘ吸収剤９の昇温制御および降温制御には他の方式を採用できる。図１３（ａ）および図１３（ｂ）は従来技術および本発明における還元剤供給ノズル６０の噴霧状態を示す図である。ＳＯｘ吸収剤９の温度を上昇させることを望む場合には、図１３（ｂ）に示されるように、還元剤供給ノズル６０から噴射される燃料の噴霧状態を図１３（ａ）の場合よりも低下させる。これにより、燃料の分散度合いが低下し、噴射される燃料の粒径は大きくなる。このような場合には、燃料がＳＯｘ吸収剤９に到達するときには燃料が霧化しきれておらず、燃料はＳＯｘ吸収剤９においてそれほど反応することなしに、ＮＯｘ触媒１２に到達する。そして、燃料はＮＯｘ触媒１２に到達するまでに霧化できるので、燃料は下流側のＮＯｘ触媒１２上で反応し、ＮＯｘ触媒１２を昇温する。つまり、このような場合においても上流側のＳＯｘ吸収剤９の温度を比較的低く抑えることが可能となる。
【００６６】
燃料の噴射状態を低下させる方式としては、還元剤供給ノズル６０の噴射時圧力を通常の場合よりも低下させることが挙げられる。また、還元剤供給ノズル６０が燃料を噴射するための噴射口の面積を変更することのできる噴射口可変ノズルを採用してもよい。このような場合には、各噴射口の面積を大きくすることにより、噴霧状態の低下を図ることが可能となる。また、噴射口の総開口面積を変更することなしに、噴射口の数を低減することにより噴霧状態を低下させてもよい。
【００６７】
このこととは反対に、ＳＯｘ吸収剤９の温度を上昇させることを望む場合には、図１３（ａ）に示される通常時の場合よりも燃料の噴霧状態をより均一かつ細かく分散させればよい。これにより、燃料は主にＳＯｘ吸収剤９において反応し、それにより、ＳＯｘ吸収剤９の温度が上昇する。具体的には、噴射時圧力の上昇、各噴射口の面積を小さくすること、および噴射口の総開口面積を変更することなしに噴射口の数を増大させることを行えばよい。
【００６８】
本発明においては、このような昇温および降温の方式を単独または適宜組み合わせて使用することにより、ステップ１２１における昇温制御およびステップ１２２における降温制御を行うものとする。当然のことながら、他の方式によりＳＯｘ吸収剤９の昇温および降温を行うようにしてもよい。
【００６９】
再び図５を参照すると、ステップ１２１における昇温制御およびステップ１２２における降温制御が行われた後は、ステップ１０４に戻る。従って、ＳＯｘ吸収剤９の温度Ｔａ２がＳトラップ率向上温度Ｔｉ以上でかつＳ成分脱離温度Ｔｒ以下となるまで、処理が繰り返されるものとする。
【００７０】
ＳＯｘ吸収剤９の温度Ｔａ２がＳトラップ率向上温度Ｔｉ以上になると、ＳＯｘ吸収剤９の表面における硫酸イオンＳＯ42-または比較的不安定な硫酸塩ＢａＳＯ4が、比較的安定な硫酸塩ＢａＳＯ4になる。これにより、ＳＯｘはＳＯｘ吸収剤９に確実に吸収されるようになる。その結果、ＳＯｘ吸収剤９の表面はＳＯｘを再び吸収しやすい状態となって、Ｓトラップ率が向上する。
【００７１】
図６（ｂ）は、ＳＯｘ吸収剤９におけるイオウ成分のトラップ量と時間との関係を示す他の図である。ＳＯｘ吸収剤９の温度Ｔａ２がＳトラップ率向上温度Ｔｉ以上に昇温されて硫酸塩ＢａＳＯ4が安定して保持されると、トラップ可能なイオウ量は当初の状態Ｘ０からＸ０’までシフトするようになる。つまり、時刻ｔｚにおけるＳトラップ率はＲｓ＝Ｓａ／（Ｓａ＋Ｓｂ）（図６（ａ））からＲｓ’＝Ｓａ’／（Ｓａ’＋Ｓｂ’）まで上昇するようになる。
【００７２】
次いで、ステップ１０７に進み、ＳＯｘ吸収剤９の温度変化量ΔＴａ（＝Ｔａ２−Ｔａ１）およびＮＯｘ触媒１２の温度変化量ΔＴｂ（＝Ｔｂ２−Ｔｂ１）が算出される。次いで、ステップ１０８においては、ＮＯｘ触媒１２の温度変化量ΔＴｂがＳＯｘ吸収剤９の温度変化量ΔＴａよりも大きいか否かが判定される。ステップ１０８においてＮＯｘ触媒１２の温度変化量ΔＴｂがＳＯｘ吸収剤９の温度変化量ΔＴａよりも大きくない場合には、ステップ１２２に進んでＳＯｘ吸収剤９の降温制御を行い、温度変化量ΔＴｂが温度変化量ΔＴａよりも大きくなるまで、前述した処理を再び繰り返す。
【００７３】
一方、ステップ１０８においてＮＯｘ触媒１２の温度変化量ΔＴｂがＳＯｘ吸収剤９の温度変化量ΔＴａよりも大きいと判定された場合にはステップ１０９に進む。ステップ１０９においては、ＮＯｘ触媒１２の温度変化量ΔＴｂがＳＯｘ吸収剤９の温度変化量ΔＴａよりも大きいことが成立してからの経過時間ｔｅが取得される。次いで、ステップ１１０に進み、経過時間ｔｅが所定の時間ｔ０以上であるか否かが判定される。そして、経過時間ｔｅが所定の時間ｔ０以上である場合にはステップ１１１に進んでＨＣの供給を停止し、処理を終了する。一方、経過時間ｔｅが所定の時間ｔ０以上でない場合には、ステップ１０９に進んで処理を繰り返す。
【００７４】
上述した実施形態においてはＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｂ２については言及していないが、ＮＯｘ触媒１２からＳＯｘを脱離させるためには、還元剤供給後の温度Ｔｂ２もＮＯｘ触媒１２からＳ成分を脱離させられるＳ成分脱離温度Ｔｚを越えていることが当然に必要とされる。ＮＯｘ触媒１２の種類に応じて定まる温度であるＳ成分脱離温度Ｔｚは、ＳＯｘ吸収剤９のＳ成分脱離温度Ｔｒよりも低いことが望ましい。このようなＮＯｘ触媒１２を使用しているときに、ＳＯｘ吸収剤９の温度がＳトラップ率向上温度ＴｉとＳ成分脱離温度Ｔｒとの間に在ってなおかつＳＯｘ吸収剤９の温度変化量ΔＴａがＮＯｘ触媒１２の温度変化量ΔＴｂよりも小さくなることを想定する。このような場合には、ＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｂ２がＳ成分脱離温度Ｔｚを越えている可能性が高くなり、従って、ＳＯｘをＮＯｘ触媒１２から放出するのが容易となる。ＳＯｘ吸収剤９のＳ成分脱離温度ＴｒをＮＯｘ触媒１２のＳ成分脱離温度Ｔｚよりも高くするためには、ＳＯｘ吸収剤９のアルカリ度をＮＯｘ触媒１２のアルカリ度よりも高くするのが好ましい。ＳＯｘ吸収剤９およびＮＯｘ触媒１２の組合せとしては、例えば担体がアルミナＡｌ2Ｏ3でかつカリウムＫ等が吸蔵剤として担体に担持されているＳＯｘ吸収剤９、および担体が二酸化チタンＴｉＯ2でかつバリウムＢａ、リチウムＬｉ等が吸蔵剤として担体に担持されているＮＯｘ触媒１２が挙げられる。当然のことながら、他の材料からなる組合せのＳＯｘ吸収剤９およびＮＯｘ触媒１２を使用するようにしてもよい。
【００７５】
このようにして、本発明においては、反応性が比較的低い還元剤を供給しているために、該還元剤は上流側のＳＯｘ吸収剤９ではそれほど反応することなしに、下流側のＮＯｘ触媒１２において主に反応するようになる。従って、上流側のＳＯｘ吸収剤９の温度は比較的低く、つまりＳトラップ率向上温度ＴｉとＳ成分脱離温度Ｔｒとの間の温度に維持されるようになる。これにより、ＳＯｘがＳＯｘ吸収剤９内に比較的安定な硫酸塩の形で保持され、前述したようにＳトラップ率が向上するようになる。
【００７６】
一方、下流側のＮＯｘ触媒１２においては還元剤が反応することなしに温度が上昇し、また還元剤が供給されたために空燃比がリッチ側にシフトしていることから、ＳＯｘがＮＯｘ触媒から放出される。つまり、本発明においては、下流側のＮＯｘ触媒１２からのＳＯｘ放出時には上流側のＳＯｘ吸収剤９からＳＯｘが放出されないので、ＮＯｘ触媒１２がＳ被毒されることなしに、ＮＯｘ触媒１２からＳＯｘを放出することが可能となる。
【００７７】
ところで、前述したように従来技術においては、上流側のＳＯｘ吸収剤９のＳ成分の脱離抑制と下流側のＮＯｘ触媒１２からのＳ成分の放出とを行うために、ＮＯｘ触媒をバイパスするバイパス通路とバイパス通路の分岐部にＮＯｘ触媒とバイパス通路のいずれか一方に排気ガスを流入させる切替弁とを必要としていた。これに対し、本発明においては、上記のような構成にしたために、バイパス通路および切替弁を必要とすることがなく、比較的簡易な構成により上流側のＳＯｘ吸収剤９のＳ成分の脱離抑制と下流側のＮＯｘ触媒１２からのＳ成分の放出とを行うことができる。その結果、本発明の排気浄化装置はスペースを確保するのが困難な自動車などに容易に設置することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】基本燃料噴射時間ＴＰのマップを示す図である。
【図３】機関から排出される排気中の未燃ＨＣ、ＣＯおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。
【図４】ＮＯｘの吸放出作用を説明するための図である。
【図５】本発明に基づく排気浄化装置の動作プログラムを示すフローチャートである。
【図６】（ａ）ＳＯｘ吸収剤９におけるイオウ成分のトラップ量と時間との関係を示す図である。（ｂ）ＳＯｘ吸収剤９におけるイオウ成分のトラップ量と時間との関係を示す他の図である。
【図７】ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ触媒に吸収されるＳＯｘ量との関係を示す図である。
【図８】ＳＯｘ吸収剤およびＮＯｘ触媒の温度と時間との関係を示す図である。
【図９】（ａ）還元剤供給ノズルによるＨＣ供給の状態を示す図である。（ｂ）還元剤供給ノズルによるＨＣ供給の状態を示す他の図である。（ｃ）還元剤供給ノズルによるＨＣ供給の状態を示すさらに他の図である。
【図１０】噴射時期を説明するための図である。
【図１１】（ａ）従来技術におけるＨＣ量および空燃比のタイムチャートである。（ｂ）本発明におけるＨＣ量および空燃比のタイムチャートである。
【図１２】（ａ）従来技術におけるＨＣ量および空燃比の他のタイムチャートである。（ｂ）本発明におけるＨＣ量および空燃比の他のタイムチャートである。
【図１３】（ａ）従来技術における還元剤供給ノズルの噴霧状態を示す図である。（ｂ）本発明における還元剤供給ノズルの噴霧状態を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１    内燃機関
７    燃料噴射弁
９    ＳＯｘ吸収剤（Ｓトラップ剤）
１０    ケーシング
１１    排気管
１２    吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
２０    電子制御ユニット
５５、５６    温度センサ
６０    還元剤供給ノズル（還元剤供給手段）
Ｔａ１、Ｔａ２    ＳＯｘ吸収剤の温度
Ｔｂ１、Ｔｂ２    ＮＯｘ触媒の温度
Ｔｉ    Ｓトラップ率向上温度
Ｔｒ    Ｓ成分脱離温度
ΔＴａ    ＳＯｘ吸収剤の温度変化量
ΔＴｂ    ＮＯｘ触媒の温度変化量
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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