(57)【要約】【課題】排気浄化装置全体の排気エミッションを良好なものに維持しつつＳＯｘ保持材からＳＯｘを放出する。【解決手段】ＳＯｘ保持材を担持した排気浄化材１６と、排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしてＳＯｘ保持材からＳＯｘを放出させるＳＯｘ放出手段１９ａ、１９ｂと、排気浄化材への排気ガスの流れを制御する排気流制御手段１７とを具備する。排気流制御手段が第１状態とされると一方の側から排気浄化材に排気ガスが流入せしめられ、第２状態とされると逆側から排気浄化材に排気ガスが流入せしめられ、第３状態とされると排気ガスが排気浄化材をバイパスする。排気流制御手段が第１状態と第２状態との間で切り換えられるときには第３状態を介して排気流制御手段が切り換えられる。排気流制御手段が第１の作動状態と第２の作動状態との間で切り換えられる途中で上記ＳＯｘ放出手段によってＳＯｘ保持材からＳＯｘが放出せしめられる。【選択図】　　　図１
2004092566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中のＳＯｘを保持可能であるが流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比となると保持しているＳＯｘを放出するＳＯｘ保持材を担持した排気浄化材と、該排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比にしてＳＯｘ保持材からＳＯｘを放出させるＳＯｘ放出手段と、排気浄化材への排気ガスの流れを制御する排気流制御手段とを具備し、該排気流制御手段が第１の作動状態とされると一方の側から排気浄化材に排気ガスが流入せしめられ、排気流制御手段が第２の作動状態とされると逆側から排気浄化材に排気ガスが流入せしめられ、排気流制御手段が第３の作動状態とされると排気ガスが排気浄化材をバイパスし、排気流制御手段の作動状態が第１の作動状態と第２の作動状態との間で切り換えられるときには第３の作動状態を介して排気流制御手段の作動状態が切り換えられる内燃機関の排気浄化装置において、上記排気流制御手段の作動状態が第１の作動状態と第２の作動状態との間で切り換えられる途中で上記ＳＯｘ放出手段によってＳＯｘ保持材からＳＯｘが放出せしめられることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中のＳＯｘを保持可能であるが流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比となると保持しているＳＯｘを放出するＳＯｘ保持材と、該ＳＯｘ保持材に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比にして該ＳＯｘ保持材からＳＯｘを放出させるＳＯｘ放出手段と、排気ガス中の成分を浄化するための排気浄化材であってＳＯｘを保持可能な排気浄化材と、該排気浄化材への排気ガスの流れを制御する排気流制御手段とを具備し、該排気流制御手段が第１の作動状態とされると一方の側から排気浄化材に排気ガスが流入し、排気流制御手段が第２の作動状態とされると逆側から排気浄化材に排気ガスが流入し、排気流制御手段が第３の作動状態とされると排気ガスが排気浄化材をバイパスし、排気流制御手段の作動状態が第１の作動状態と第２の作動状態との間で切り換えられるときには第３の作動状態を介して排気流制御手段の作動状態が切り換えられる内燃機関の排気浄化装置において、ＳＯｘ保持材が排気浄化材の上流に配置されており、上記排気流制御手段の作動状態が第１の作動状態と第２の作動状態との間で切り換えられる途中で上記ＳＯｘ放出手段によってＳＯｘ保持材からＳＯｘが放出せしめられることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記ＳＯｘ保持材の温度を推定する温度推定手段をさらに具備し、該温度推定手段によって検出されるＳＯｘ保持材の温度が予め定められた温度よりも高いときに上記ＳＯｘ放出手段によってＳＯｘ保持材からＳＯｘが放出せしめられることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記温度推定手段によって検出されるＳＯｘ保持材の温度が上記予め定められた温度よりも高いときであっても、ＳＯｘ保持材の温度がＳＯｘ保持材に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にするとＳＯｘ保持材の熱劣化を引き起こす温度よりも高いときには、上記ＳＯｘ放出手段によるＳＯｘ保持材からのＳＯｘの放出が禁止されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記排気流制御手段の作動状態は通常、予め定められたタイミングが到来する毎に予め定められた切換速度でもって第１の作動状態と第２の作動状態との間で切り換えられ、一方、上記排気流制御手段の作動状態はＳＯｘがＳＯｘ放出手段によってＳＯｘ保持材から放出せしめられるときには上記予め定められた切換速度よりも遅い切換速度でもって第１の作動状態と第２の作動状態との間で切り換えられることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
上記排気流制御手段の作動状態が第３の作動状態近傍の予め定められた範囲にあるときにＳＯｘ放出手段によってＳＯｘ保持材からＳＯｘが放出せしめられることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
ＳＯｘを保持可能なＳＯｘ保持材を担持した排気浄化材からＳＯｘを放出させる方法において、排気浄化材への排気ガスの流入方向が逆転せしめられている途中に排気浄化材にリッチ空燃比の排気ガスを供給することによってＳＯｘ保持材からＳＯｘを放出させることを特徴とする方法。
【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浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を吸収するためのＮＯｘ吸収剤を担持したパティキュレートフィルタが、特許文献１に開示されている。ここで、ＮＯｘ吸収剤が吸収可能なＮＯｘの量には限界がある。一方、ＮＯｘ吸収剤はそこに流入する排気ガスが酸素箇条な状態にあると排気ガス中のＮＯｘを吸収するが、そこに流入する排気ガスが還元剤過剰な状態になると、吸収しているＮＯｘを排気ガス中の還元剤によって還元浄化する作用を有する。
【０００３】
したがって、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量がその限界値に達する前に、ＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの還元剤濃度を増大させれば、ＮＯｘ吸収剤に吸収されているＮＯｘが還元浄化され、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が少なくなる。しかしながら、ＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの流量が多い状態でＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスを還元剤過剰な状態にするには、多量の還元剤が必要となる。
【０００４】
そこで、特許文献１では、大部分の排気ガスがＮＯｘ吸収剤をバイパスするように排気ガスの流れを制御することによって、ＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの流量を少なくし、これによって、ＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスを還元剤過剰な状態にするのに必要な還元剤の量を少なくしている。
【特許文献１】
特開２００１−３１７３３８号公報
【特許文献２】
特開２００２−１３４１３号公報
【特許文献３】
特開２００１−２６７６５２号公報
【特許文献４】
特開２０００−２９１４２２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これによると、ＮＯｘ吸収剤を備えたパティキュレートフィルタを通らずにパティキュレートフィルタ下流へと流出する排気ガスの量が多くなるので、その分だけ、排気エミッションが悪化するという問題が生じる。
【０００６】
この問題は、流入する排気ガスが酸素過剰な状態にあるときに排気ガス中のＳＯｘ（硫黄酸化物）を保持するが、流入する排気ガスが還元剤過剰な状態となると保持しているＳＯｘを放出するＳＯｘ保持材を担持した排気浄化材を備えた排気浄化装置において、ほとんどの排気ガスが排気浄化材をバイパスするように排気ガスの流れを制御することによって、排気浄化材に流入する排気ガスの流量を少なくした上で、排気浄化材に流入する排気ガスを還元剤過剰な状態とする場合にも、同様に生じる問題である。
【０００７】
本発明の目的は、排気浄化装置全体の排気エミッションを良好なものに維持しつつＳＯｘ保持材からＳＯｘを放出することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中のＳＯｘを保持可能であるが流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比となると保持しているＳＯｘを放出するＳＯｘ保持材を担持した排気浄化材と、該排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比にしてＳＯｘ保持材からＳＯｘを放出させるＳＯｘ放出手段と、排気浄化材への排気ガスの流れを制御する排気流制御手段とを具備し、該排気流制御手段が第１の作動状態とされると一方の側から排気浄化材に排気ガスが流入せしめられ、排気流制御手段が第２の作動状態とされると逆側から排気浄化材に排気ガスが流入せしめられ、排気流制御手段が第３の作動状態とされると排気ガスが排気浄化材をバイパスし、排気流制御手段の作動状態が第１の作動状態と第２の作動状態との間で切り換えられるときには第３の作動状態を介して排気流制御手段の作動状態が切り換えられる内燃機関の排気浄化装置において、上記排気流制御手段の作動状態が第１の作動状態と第２の作動状態との間で切り換えられる途中で上記ＳＯｘ放出手段によってＳＯｘ保持材からＳＯｘが放出せしめられる。
ここで、排気浄化材、ＳＯｘ放出手段、排気流制御手段、第１の作動状態、第２の作動状態、および、第３の作動状態は、後述する実施形態において、それぞれ、パティキュレートフィルタ、燃料添加弁、流量調整弁、順流位置、逆流位置、および、中立位置に相当する。
【０００９】
上記課題を解決するために、２番目の発明では、流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中のＳＯｘを保持可能であるが流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比となると保持しているＳＯｘを放出するＳＯｘ保持材と、該ＳＯｘ保持材に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比にして該ＳＯｘ保持材からＳＯｘを放出させるＳＯｘ放出手段と、排気ガス中の成分を浄化するための排気浄化材であってＳＯｘを保持可能な排気浄化材と、該排気浄化材への排気ガスの流れを制御する排気流制御手段とを具備し、該排気流制御手段が第１の作動状態とされると一方の側から排気浄化材に排気ガスが流入し、排気流制御手段が第２の作動状態とされると逆側から排気浄化材に排気ガスが流入し、排気流制御手段が第３の作動状態とされると排気ガスが排気浄化材をバイパスし、排気流制御手段の作動状態が第１の作動状態と第２の作動状態との間で切り換えられるときには第３の作動状態を介して排気流制御手段の作動状態が切り換えられる内燃機関の排気浄化装置において、ＳＯｘ保持材が排気浄化材の上流に配置されており、上記排気流制御手段の作動状態が第１の作動状態と第２の作動状態との間で切り換えられる途中で上記ＳＯｘ放出手段によってＳＯｘ保持材からＳＯｘが放出せしめられる。
ここで、排気浄化材、ＳＯｘ放出手段、排気流制御手段、第１の作動状態、第２の作動状態、および、第３の作動状態は、後述する実施形態において、それぞれ、パティキュレートフィルタ、燃料添加弁、流量調整弁、順流位置、逆流位置、および、中立位置に相当する。
【００１０】
３番目の発明では、１または２番目の発明において、上記ＳＯｘ保持材の温度を推定する温度推定手段をさらに具備し、該温度推定手段によって検出されるＳＯｘ保持材の温度が予め定められた温度よりも高いときに上記ＳＯｘ放出手段によってＳＯｘ保持材からＳＯｘが放出せしめられる。ここで、温度推定手段は、後述する実施形態において、温度センサに相当する。
４番目の発明では、３番目の発明において、上記温度推定手段によって検出されるＳＯｘ保持材の温度が上記予め定められた温度よりも高いときであっても、ＳＯｘ保持材の温度がＳＯｘ保持材に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にするとＳＯｘ保持材の熱劣化を引き起こす温度よりも高いときには、上記ＳＯｘ放出手段によるＳＯｘ保持材からのＳＯｘの放出が禁止される。
５番目の発明では、１または２番目の発明において、上記排気流制御手段の作動状態は通常、予め定められたタイミングが到来する毎に予め定められた切換速度でもって第１の作動状態と第２の作動状態との間で切り換えられ、一方、上記排気流制御手段の作動状態はＳＯｘがＳＯｘ放出手段によってＳＯｘ保持材から放出せしめられるときには上記予め定められた切換速度よりも遅い切換速度でもって第１の作動状態と第２の作動状態との間で切り換えられる。
６番目の発明では、１または２番目の発明において、上記排気流制御手段の作動状態が第３の作動状態近傍の予め定められた範囲にあるときにＳＯｘ放出手段によってＳＯｘ保持材からＳＯｘが放出せしめられる。
【００１１】
上記課題を解決するために、７番目の発明では、ＳＯｘを保持可能なＳＯｘ保持材を担持した排気浄化材からＳＯｘを放出させる方法において、排気浄化材への排気ガスの流入方向が逆転せしめられている途中に排気浄化材にリッチ空燃比の排気ガスを供給することによってＳＯｘ保持材からＳＯｘを放出させる。ここで、排気浄化材は、後述する実施形態において、パティキュレートフィルタに相当する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図１は、本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関を示している。図１に示した内燃機関は、圧縮着火式の内燃機関である。図１において、１は機関本体、２は燃焼室、３は燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドである。各燃料噴射弁３は共通のいわゆるコモンレール６に接続されている。コモンレール６は燃料を高圧下で溜めておくためのリザーバとして機能し、各燃料噴射弁３にはこのコモンレール６から燃料が供給される。
【００１３】
吸気マニホルド４には吸気管７が接続されている。吸気管７には燃焼室２に吸入される空気を冷却するためのインタークーラ８が取り付けられている。インタークーラ８下流の吸気管７内には、燃焼室２内に吸入される空気の量を制御するためのスロットル弁９が配置されている。また、インタークーラ８上流において、吸気管７は排気ターボチャージャ１０のコンプレッサ１１の出口部に接続されている。コンプレッサ１１の入口部にも吸気管７が接続されている。この吸気管７には、燃焼室２に吸入される空気の量を検出するためのエアフローメータ１２が配置されている。
【００１４】
排気マニホルド５には排気管１３が接続されている。排気管１３は排気ターボチャージャ１０の排気タービン１４の入口部に接続されている。排気タービン１４の出口部にも排気管１３が接続されており、この排気管１３には、該排気管１３から分岐し、この排気管１３からの分岐部分に戻るようにループ状をなす環状管１５が接続されている。すなわち、環状管１５はその両端の開口が排気管１３の同じ領域に開口するように排気管１３に接続されている。
【００１５】
環状管１５内には、排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ（以下、単に、フィルタと称す）１６が配置されている。
【００１６】
図２（Ａ）はフィルタ１６の端面図であり、図２（Ｂ）はフィルタ１６の縦断面図である。図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示したように、フィルタ１６はハニカム構造をなす隔壁３０を具備する。これら隔壁３０によって互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路３１，３２が形成される。これら排気流通路のうち略半数の排気流通路３１がその下流端開口を栓３３で閉鎖されている。以下、これら排気流通路３１を排気流入通路と称す。一方、残りの半数の排気流通路３２はその上流端開口を栓３４で閉鎖されている。以下、これら排気流通路３２を排気流出通路と称す。排気流入通路３１には４つの排気流出通路３２が隣接する。一方、排気ガス流出通路３２には４つの排気流入通路３１が隣接する。
【００１７】
排気ガスは排気流入通路３１に流入する。隔壁３０はコージェライトのような多孔質材料からなるので、図２（Ｂ）において矢印で示したように、排気流入通路３１内の排気ガスは、隔壁３０の細孔を通って、隣接する排気流出通路３２内に流れ込む。
【００１８】
また、フィルタ１６は、貴金属触媒と活性酸素生成剤とを担持している。すなわち、本発明では、フィルタ１６の隔壁３０の両壁面上、および、隔壁３０の細孔を画成する壁面上に全面に亘って、例えば、アルミナからなる担体層が形成され、この担体層上に、貴金属触媒と、活性酸素生成剤とが担持されている。
【００１９】
貴金属触媒としては、白金（Ｐｔ）が用いられる。一方、活性酸素生成剤としては、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）のようなアルカリ土類金属、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）、セリウム（Ｃｅ）のような希土類、鉄（Ｆｅ）のような遷移金属、およびスズ（Ｓｎ）のような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つが用いられる。
【００２０】
フィルタ１６は、貴金属触媒と活性酸素生成剤とによって生成される活性酸素によって、フィルタ１６に捕集された微粒子を比較的短時間のうちに酸化除去する。
【００２１】
すなわち、排気ガスがフィルタ１６に流入すると、図３（Ａ）に示したように、排気ガス中の酸素（Ｏ２）がＯ２−またはＯ２−の形で白金４０の表面に付着する。排気ガス中のＮＯはこれらＯ２−またはＯ２−と反応し、ＮＯ２となる。斯くして生成されたＮＯ２の一部は、白金４０上で酸化されつつ活性酸素生成剤４１内に吸収によって保持され、図３（Ａ）に示したように、カリウム（Ｋ）と結合しながら硝酸イオン（ＮＯ３−）の形で活性酸素生成剤４１内に拡散し、硝酸カリウム（ＫＮＯ３）を生成する。すなわち、排気ガス中の酸素が硝酸カリウム（ＫＮＯ３）の形で活性酸素生成剤４１内に吸収によって保持される。
【００２２】
ここで、図３（Ｂ）において４２で示したように、微粒子が活性酸素生成剤４１の表面上に接触して付着すると、微粒子４２と活性酸素生成剤４１との接触面では酸素濃度が低下する。すなわち、活性酸素生成剤４１の周囲の酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高い活性酸素生成剤４１内との間で濃度差が生じ、斯くして、活性酸素生成剤４１内の酸素が微粒子４２と活性酸素生成剤４１との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素生成剤４１内に形成されている硝酸カリウム（ＫＮＯ３）がカリウム（Ｋ）と酸素（Ｏ）とＮＯとに分解され、酸素（Ｏ）が微粒子と活性酸素生成剤４１との接面に向かい、その一方で、ＮＯが活性酸素生成剤４１から外部に放出される。
【００２３】
ここで、微粒子４２と活性酸素生成剤４１との接触面に向かう酸素は、硝酸カリウムといった化合物から分解された酸素であるので、不対電子を有し、したがって、極めて高い反応性を有する活性酸素となっている。こうして活性酸素生成剤４１は活性酸素を生成する。なお、外部に放出されたＮＯは下流側の白金４０上において酸化され、再び活性酸素生成剤４１内に保持される。
【００２４】
活性酸素生成剤４１によって生成される活性酸素はそこに付着した微粒子４２を酸化除去するために消費される。すなわち、フィルタ１６に捕集された微粒子４２は活性酸素生成剤４１によって生成される活性酸素によって酸化除去される。
【００２５】
このように、フィルタ１６に捕集されている微粒子が反応性の高い活性酸素によって輝炎を発することなく酸化除去されるので、フィルタ１６の温度が過剰に高くなることがなく、したがって、フィルタ１６が熱劣化することがない。
【００２６】
ところで、環状管１５が排気管１３から分岐する領域において、排気管１３内には、環状管１５に流入する排気ガスの量と環状管１５に流入せずにそのまま排気管１３を流れる排気ガスの量との割合を調整するための流量調整弁１７が配置されている。流量調整弁１７には、ステップモータ１８が接続されている。ステップモータ１８は速度可変に流量調整弁１７を駆動することができる。
【００２７】
流量調整弁１７が図４（Ａ）に示した位置に位置決めされたときには、矢印で示したように、ほとんどの排気ガスが環状管１５に流入し、一方の側からフィルタ１６に流入する。そして、フィルタ１６から流出した排気ガスは、再び、排気管１３に流入する。一方、流量調整弁１７が図４（Ｂ）に示した位置に位置決めされたときには、矢印のように、ほとんどの排気ガスが環状管１５に流入するが、逆側からフィルタ１６に流入する。そして、この場合にも、フィルタ１６から流出した排気ガスは、再び、排気管１３に流入する。
【００２８】
さらに、流量調整弁１７が図４（Ｃ）に示した位置に位置決めされたときには、矢印で示したように、ほとんどの排気ガスが環状管１５に流入することなく、そのまま、排気管１３内を流れる。すなわち、排気ガスはフィルタ１６をバイパスすることとなる。したがって、この場合、流量調整弁１７下流の排気管１３はフィルタ１６をバイパスするバイパス通路１３ａとして働く。
【００２９】
以下の説明では、図４（Ａ）に示されている流量調整弁１７の作動位置を順流位置と称し、図４（Ｂ）に示されている流量調整弁１７の作動位置を逆流位置と称し、図４（Ｃ）に示されている流量調整弁１７の作動位置を中立位置と称する。
【００３０】
本発明では、フィルタ１６に堆積している微粒子の量が許容値に達する毎に、流量調整弁１７の作動位置は予め定められた切換速度でもって順流位置と逆流位置との間で切り換えられる。これによれば、フィルタ１６への排気ガスの流入方向が逆転するので、フィルタ１６に堆積している微粒子がフィルタ内において流動することとなり、これによって、フィルタ１６における微粒子の酸化が促進される。
【００３１】
ところで、流量調整弁１７とフィルタ１６との間の環状管１５には、それぞれ、環状管１５内に燃料を噴射するための燃料添加弁１９ａ、１９ｂが取り付けられている。これら燃料添加弁１９ａ、１９ｂは、フィルタ１６にほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比（以下、ほぼ理論空燃比とリッチ空燃比とをまとめて、リッチ空燃比と称す）の排気ガス（以下、ほぼ理論空燃比の排気ガスとリッチ空燃比の排気ガスとをまとめて、リッチガスと称す）を供給するため、すなわち、フィルタ１６に燃料を供給するために用いられる。なお、フィルタ１６に関して、排気ガスの空燃比とは、燃料噴射弁３から噴射された燃料と燃料添加弁１９から噴射された燃料との総量に対する燃焼室２に吸入された空気の量の比である。さらに、流量調整弁１７上流の排気管１３には、排気ガスの温度を検出するための温度センサ２０が取り付けられている。この温度センサ２０によって検出される排気ガスの温度に基づいて、フィルタ１６の温度が推定される。
【００３２】
また、燃焼室２から排出された排気ガスを燃焼室２に導入するための排気再循環（ＥＧＲ）通路２１が排気マニホルド５から吸気マニホルド４まで延びる。ＥＧＲ通路２１には、排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２２が取り付けられている。また、ＥＧＲクーラ２２上流において、ＥＧＲ通路２１内には、排気ガス中のＣＯ（一酸化炭素）およびＨＣ（未燃炭化水素）を酸化除去するための酸化触媒２３が配置されている。また、ＥＧＲクーラ２２下流において、ＥＧＲ通路２１には、燃焼室２に導入される排気ガスの量を制御するためのＥＧＲ制御弁２４が取り付けられている。
【００３３】
ところで、燃料には硫黄成分が含まれていることから、燃焼室２内においてＳＯｘ（硫黄酸化物）が発生する。したがって、排気ガス中にはＳＯｘが含まれている。ここで、フィルタ１６の活性酸素生成剤４１は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であると、排気ガス中のＳＯｘを吸収または吸着によって保持してしまう。ここで、活性酸素生成剤４１が保持しているＳＯｘの量が多くなると、活性酸素生成剤４１が保持可能なＮＯｘの量が少なくなってしまう。
【００３４】
そこで、第１実施形態では、活性酸素生成剤４１が保持可能なＮＯｘの量がその許容下限値を下回る前に、フィルタ１６の上流側の燃料添加弁、すなわち、流量調整弁１７が順流位置に位置決めされているときには一方の燃料添加弁１９ａから燃料を噴射することによってリッチガスを供給し、流量調整弁１７が逆流位置に位置決めされているときには他方の燃料添加弁１９ｂから燃料を噴射することによってリッチガスを供給する。斯くして、活性酸素生成剤４１からＳＯｘを放出させる。
【００３５】
ところで、活性酸素生成剤４１からＳＯｘを放出させるために燃料添加弁１９ａ、１９ｂから燃料を噴射するときにフィルタ１６に流入する排気ガスの量が多いと、フィルタ１６にリッチガスを供給するために必要な燃料の量が多くなる。ここで、活性酸素生成剤４１からＳＯｘを放出させるために必要な燃料の量を少なくするためには、燃料添加弁１９ａ、１９ｂから燃料を噴射するときに、流量調整弁１７を中立位置に位置決めし、排気ガスがフィルタ１６をバイパスするようにすればよい。しかしながら、これによると、排気ガスがフィルタ１６を通らずにそのまま下流へと流れるので、排気エミッションが悪化してしまう。
【００３６】
そこで、第１実施形態では、流量調整弁１７の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられている途中で、より詳細には、流量調整弁１７の作動位置が中立位置近傍の予め定められた範囲内にあるとき、さらに詳細には、図５に示したように、中立位置近傍であって該中立位置を中心とした予め定められた範囲Ｄ内にあるときに、活性酸素生成剤４１からＳＯｘを放出させる。これによれば、一部の排気ガスがフィルタ１６をバイパスしてそのまま流量調整弁１７下流の排気管１３ａに流入するので、フィルタ１６に流入する排気ガスの量が少なくなる。したがって、フィルタ１６にリッチガスを供給するために必要な燃料の量が少なく抑えられる。さらに、これによれば、フィルタ１６をバイパスする排気ガスの量は少なく抑えられるので、排気エミッションの悪化が抑制される。
【００３７】
ところで、活性酸素生成剤４１はその温度が或る温度よりも高いときに流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比となるとより多くのＳＯｘを放出する。
【００３８】
そこで、第２実施形態では、第１実施形態において、活性酸素生成剤４１の温度、すなわち、フィルタ１６の温度が予め定められた温度よりも高いときであって、且つ、流量調整弁１７の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられている途中で、活性酸素生成剤４１からＳＯｘを放出させる。これによれば、活性酸素生成剤４１からＳＯｘが放出される期間が流量調整弁１７の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられる途中という短い期間であっても、比較的多くのＳＯｘが活性酸素生成剤４１から放出される。
【００３９】
図６は、第２実施形態に従って、活性酸素生成剤４１からＳＯｘを放出するためのルーチン（Ｓ再生ルーチン）を示している。図６に示したルーチンでは、始めに、ステップ１０において、フィルタ１７の温度Ｔが予め定められた温度Ｔｔｈよりも高い（Ｔ＞Ｔｔｈ）か否かが判別される。ステップ１０において、Ｔ＞Ｔｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ１１に進んで、流量調整弁１７の作動位置ＶＡが中立位置近傍であって中立位置を中心とした範囲Ｄ内にある（ＶＡ≦Ｄ）か否かが判別される。
【００４０】
ステップ１１において、ＶＡ≦Ｄであると判別されたときには、ルーチンはステップ１２に進んで、リッチ化制御が実行される。このリッチ化制御では、燃料添加弁１９ａ、１９ｂから燃料が噴射され、フィルタ１６にリッチガスが供給される。なお、ステップ１０において、Ｔ≦Ｔｔｈであると判別されたとき、および、ステップ１１において、ＶＡ＞Ｄであると判別されたときには、ルーチンは終了する。
【００４１】
ところで、フィルタ１６にリッチガスを供給すると、リッチガス中の燃料がフィルタ１６において酸化反応し、フィルタ１６および活性酸素生成剤４１の温度が上昇する。ここで、フィルタ１６および活性酸素生成剤４１の温度があまりに高くなると、フィルタ１６および活性酸素生成剤４１が熱劣化してしまう。
【００４２】
そこで、第３実施形態では、第２実施形態において、活性酸素生成剤４１の温度、すなわち、フィルタ１６の温度が予め定められた温度よりも高いときであって、且つ、流量調整弁１７の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられている途中であっても、フィルタ１６の温度がフィルタ１６にリッチガスを供給するとフィルタ１６および活性酸素生成剤４１の熱劣化を引き起こす温度よりも高いときには、フィルタ１６へのリッチガスの供給が禁止され、したがって、活性酸素生成剤４１からのＳＯｘの放出が禁止される。
【００４３】
ところで、上述した実施形態では、流量調整弁１７の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられている途中で、活性酸素生成剤４１からＳＯｘを放出させるようにしているが、これでは、活性酸素生成剤４１からＳＯｘを放出させる時間が短い場合がある。
【００４４】
そこで、第４実施形態では、上述した実施形態において、通常、フィルタ１６に堆積している微粒子の量が許容値に達する毎に、流量調整弁１７の作動位置が予め定められた切換速度でもって順流位置と逆流位置との間で切り換えられるが、活性酸素生成剤４１からＳＯｘを放出させるときには、流量調整弁１７が上記予め定められた切換速度よりも遅い切換速度でもって順流位置と逆流位置との間で切り換えられる。これによれば、活性酸素生成剤４１からＳＯｘを放出させる時間が長くなる。
【００４５】
次に、第５実施形態について説明する。第５実施形態の排気浄化装置を図７に示した。第５実施形態では、排気ターボチャージャ１０の排気タービン１４の出口部下流であって流量調整弁１７上流の排気管１３に、排気ガス中のＳＯｘを捕獲して保持するためのＳＯｘ保持材２５が配置されている。
【００４６】
図８（Ａ）はＳＯｘ保持材２５の端面図であり、図８（Ｂ）はＳＯｘ保持材２５の縦断面図である。図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示したように、ＳＯｘ保持材２５はハニカム構造をなす隔壁５０を具備する。これら隔壁５０によって互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５１が形成される。隔壁５０はコージェライトのような多孔質材料からなり、この隔壁５０にＳＯｘを保持することができる材料が担持される。
【００４７】
また、第５実施形態では、環状管１５には燃料添加弁は取り付けられておらず、その代わりに、排気タービン１４の出口部下流であってＳＯｘ保持材２５上流の排気管１３に、燃料添加弁１９が取り付けられている。なお、第５実施形態では、温度センサ２０によって検出される排気ガスの温度に基づいて、ＳＯｘ保持材２５およびフィルタ１６の温度が推定される。
【００４８】
ところで、上述したように、燃料には硫黄成分が含まれていることから、燃焼室２内においてＳＯｘが発生する。したがって、排気ガス中にはＳＯｘが含まれている。そして、上述したように、ＳＯｘ保持材２５は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときにＳＯｘを捕獲して保持する。燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比は、内燃機関が通常運転せしめられているときには、通常、リーン空燃比であるので、内燃機関が通常運転せしめられている間、ＳＯｘ保持材に保持されているＳＯｘの量は徐々に増大する。
【００４９】
ここで、ＳＯｘ保持材２５が保持可能なＳＯｘの量には限界があるので、ＳＯｘ保持材２５が保持しているＳＯｘの量がその上限値に達する前に、ＳＯｘ保持材２５からＳＯｘを放出させる必要がある。ここで、ＳＯｘ保持材２５はそこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になると、保持しているＳＯｘを放出し、このＳＯｘの放出量はＳＯｘ保持材２５の温度が或る温度を超えると一気に多くなる。
【００５０】
そこで、第５実施形態では、ＳＯｘ保持材２５に保持されているＳＯｘの量がその上限値に達する前に、燃料添加弁１９から燃料を噴射することによってリッチガスを供給する。斯くして、ＳＯｘ保持材２５からＳＯｘを放出させる。
【００５１】
なお、ＳＯｘ保持材２５に関して、排気ガスの空燃比とは、燃料噴射弁３から噴射された燃料と燃料添加弁１９から噴射された燃料との総量に対する燃焼室２に吸入された空気の量の比である。
【００５２】
ところで、フィルタ１６の活性酸素生成剤４１は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であると、排気ガス中のＳＯｘを吸収または吸着によって保持してしまう。ここで、活性酸素生成剤４１が保持しているＳＯｘの量が多くなると、活性酸素生成剤４１が保持可能なＮＯｘの量が少なくなってしまう。このように活性酸素生成剤４１がＳＯｘを保持してしまうことを抑制するために、フィルタ１６上流にＳＯｘ保持材２５が配置されている。
【００５３】
ところが、上述したように、ＳＯｘ保持材２５からＳＯｘを放出させたときに、流量調整弁１７が順流位置または逆流位置に固定されていると、フィルタ１６にＳＯｘが流入することとなるので、ＳＯｘ保持材２５から放出されたＳＯｘがフィルタ１６に流入し、このＳＯｘを活性酸素生成剤４１が保持してしまう。
【００５４】
このように活性酸素生成剤４１がＳＯｘを保持してしまうことを抑制するためには、ＳＯｘ保持材２５からＳＯｘを放出させている間、流量調整弁１７を中立位置に位置決めし、排気ガスがフィルタ１６をバイパスするようにすればよい。しかしながら、これによると、ＳＯｘ保持材２５から流出した排気ガスがフィルタ１６を通らずにそのまま下流へと流れるので、排気エミッションが悪化してしまう。
【００５５】
そこで、第５実施形態では、流量調整弁１７の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられている途中で、より詳細には、流量調整弁１７の作動位置が中立位置近傍の予め定められた範囲内にあるとき、さらに詳細には、中立位置近傍であって該中立位置を中心とした予め定められた範囲内にあるときに、ＳＯｘ保持材２５からＳＯｘを放出させる。これによれば、一部の排気ガスがフィルタ１６をバイパスしてそのまま流量調整弁１７下流の排気管１３ａに流入するので、フィルタ１６に流入するＳＯｘの量が少なくなる。したがって、活性酸素生成剤４１が保持してしまうＳＯｘの量が少なく抑えられる。さらに、これによれば、フィルタ１６をバイパスする排気ガスの量は少なく抑えられるので、排気エミッションの悪化が抑制される。
【００５６】
ところで、ＳＯｘ保持材２５はその温度が或る温度よりも高いときに流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比となるとより多くのＳＯｘを放出する。
【００５７】
そこで、第６実施形態では、第５実施形態において、ＳＯｘ保持材２５の温度が予め定められた温度よりも高いときであって、且つ、流量調整弁１７の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられている途中で、ＳＯｘ保持材２５からＳＯｘを放出させる。これによれば、ＳＯｘ保持材２５からＳＯｘが放出される期間が流量調整弁１７の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられる途中という短い期間であっても、比較的多くのＳＯｘがＳＯｘ保持材２５から放出される。
【００５８】
ところで、ＳＯｘ保持材２５にリッチガスを供給すると、リッチガス中の燃料がＳＯｘ保持材２５において酸化反応し、ＳＯｘ保持材２５の温度が上昇する。ここで、ＳＯｘ保持材２５の温度があまりにも高くなると、ＳＯｘ保持材２５が熱劣化してしまう。
【００５９】
そこで、第７実施形態では、第６実施形態において、ＳＯｘ保持材２５の温度が予め定められた温度よりも高いときであって、且つ、流量調整弁１７の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられている途中であっても、ＳＯｘ保持材２５の温度がＳＯｘ保持材２５にリッチガスを供給するとＳＯｘ保持材の熱劣化を引き起こす温度よりも高いときには、ＳＯｘ保持材へのリッチガスの供給が禁止され、したがって、ＳＯｘ保持材からのＳＯｘの放出が禁止される。
【００６０】
ところで、上述した実施形態では、流量調整弁１７の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられている途中で、ＳＯｘ保持材からＳＯｘを放出させるようにしているが、これでは、ＳＯｘ保持材からＳＯｘを放出させる時間が短い場合がある。
【００６１】
そこで、第８実施形態では、第５実施形態〜第７実施形態において、通常、フィルタ１６に堆積している微粒子の量が許容値に達する毎に、流量調整弁１７の作動位置が予め定められた切換速度でもって順流位置と逆流位置との間で切り換えられるが、ＳＯｘ保持材からＳＯｘを放出させるときには、流量調整弁１７が上記予め定められた切換速度よりも遅い切換速度でもって順流位置と逆流位置との間で切り換えられる。これによれば、ＳＯｘ保持材２５からＳＯｘを放出させる時間が長くなる。
【００６２】
なお、第１実施形態〜第４実施形態においてパティキュレートフィルタが別の排気浄化材であっても、該排気浄化材がＳＯｘを保持可能な排気浄化材であれば、本発明は適用可能である。ここで、ＳＯｘを保持可能な排気浄化材としては、流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であると排気ガス中のＮＯｘを吸収または吸着によって保持するが、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比となると保持しているＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒が挙げられる。
【００６３】
また、第５実施形態〜第８実施形態においてＳＯｘ保持材が別の排気浄化材であっても、該排気浄化材がＳＯｘを保持可能な排気浄化材であれば、本発明は適用可能である。ここで、ＳＯｘを保持可能な排気浄化材としては、流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であると排気ガス中のＮＯｘを吸収または吸着によって保持するが、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比となると保持しているＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒が挙げられる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、ＳＯｘ保持材からＳＯｘが良好に排出されるが、このとき、排気ガスが排気浄化材をバイパスしている期間は、排気流制御手段の作動状態が第１の作動状態と第２の作動状態との間で切り換えられる途中という比較的短い期間であるので、排気エミッションは良好なものに維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関を示した図である。
【図２】パティキュレートフィルタを示した図である。
【図３】パティキュレートフィルタの微粒子酸化作用を説明するための図である。
【図４】流量調整弁の作動位置に応じた排気ガスの流れを示した図である。
【図５】排気浄化装置の拡大図である。
【図６】第２実施形態に従ってパティキュレートフィルタからＳＯｘを放出させるためのルーチンを示した図である。
【図７】第５実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示した図である。
【図８】ＳＯｘ保持材を示した図である。
【符号の説明】
１…機関本体
２…燃焼室
３…燃料噴射弁
１６…パティキュレートフィルタ
１７…流量調整弁
１９、１９ａ、１９ｂ…燃料添加弁
２５…ＳＯｘ保持材
【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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