(57)【要約】【課題】ＳＯｘ吸蔵手段の硫黄分離脱制御が効率良く実施でき、且つＨ２Ｓの外部への放出が抑制される排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】第１及び第２部分排気通路１９ａ、ｂを有し、上記各部分排気通路１９ａ、ｂが下流側において共通排気通路２０へと合流するようになっている排気通路と、上記部分排気通路１９ａ、ｂに夫々配置されるＳＯｘ吸蔵手段２１ａ、ｂと、上記共通排気通路２０に配置される酸化触媒２７と、上記ＳＯｘ吸蔵手段２１ａ、ｂからＳＯｘを離脱させる硫黄分離脱制御を実施するＳＯｘ離脱手段２２ａ、ｂと、を有する排気ガス浄化装置において、上記硫黄分離脱制御が実施される時には、上記酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるように、上記第１及び第２部分排気通路１９ａ、ｂを流通する排気ガスの空燃比の少なくとも一方が制御される排気ガス浄化装置を提供する。【選択図】　　　図１
2004092431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部分排気通路と、第２の部分排気通路とを有し、上記第１の部分排気通路と第２の部分排気通路とが下流側において共通の排気通路へと合流するようになっている排気通路と、
上記第１及び第２の部分排気通路に夫々配置されるＳＯｘ吸蔵手段であって、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にはＳＯｘを吸蔵し、ＳＯｘ吸蔵手段の温度が硫黄分離脱温度に昇温され、且つ流通する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになった時には吸蔵したＳＯｘを離脱させるＳＯｘ吸蔵手段と、
上記部分排気通路の合流部下流の共通の排気通路に配置される酸化機能を有する触媒と、
上記ＳＯｘ吸蔵手段から吸蔵されたＳＯｘを離脱させる硫黄分離脱制御を実施するＳＯｘ離脱手段と、を有する排気ガス浄化装置において、
上記ＳＯｘ離脱手段により硫黄分離脱制御が実施される時には、上記酸化機能を有する触媒を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるように、上記第１の部分排気通路を流通する排気ガスの空燃比と上記第２の部分排気通路を流通する排気ガスの空燃比との少なくとも一方が制御されることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
上記ＳＯｘ吸蔵手段と上記酸化機能を有する触媒とのうちの少なくとも一方が、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ排気ガス中に還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤を含むことを特徴とする、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
上記酸化機能を有する触媒は、排気ガス中の排気微粒子を除去するパティキュレートフィルタに担持されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
上記ＳＯｘ離脱手段による硫黄分離脱制御の終了後、所定時間が経過するまでは、上記酸化機能を有する触媒を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるように制御されることを特徴とする、請求項１から３の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
上記酸化機能を有する触媒の下流におけるＨ２Ｓ濃度を推定または検出するＨ２Ｓ濃度推定手段を更に有し、該Ｈ２Ｓ濃度推定手段により推定または検出されたＨ２Ｓ濃度が高い程、上記酸化機能を有する触媒を流通する排気ガスの空燃比のリーンの度合が高められることを特徴とする、請求項１から４の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【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が通る排気ガス通路に硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸蔵するＳＯｘ吸蔵剤を配置した排気ガス浄化装置が知られている。このように用いられるＳＯｘ吸蔵剤は、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にはＳＯｘを吸蔵し、ＳＯｘ吸蔵剤の温度が硫黄分離脱温度（例えば６００℃以上）に昇温され、且つ流通する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになった時に吸蔵したＳＯｘを離脱させる作用を有する。
【０００３】
また、排気ガスの空燃比がリーンの時には窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ排気ガス中に未燃炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤を排気ガス通路に配置した排気ガス浄化装置も知られている。このように用いられるＮＯｘ吸蔵剤は、排気ガス中にＳＯｘが存在するとＮＯｘの吸蔵作用を行うのと全く同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸蔵を行う。そして、上述のＳＯｘ吸蔵剤の場合と同様、その温度が硫黄分離脱温度（例えば６００℃以上）に昇温され、且つ流通する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ（以下、単にリッチという）になった時には吸蔵したＳＯｘを離脱させる作用を有する。
【０００４】
上記のＳＯｘ吸蔵剤やＮＯｘ吸蔵剤のようなＳＯｘ吸蔵機能を有する手段（以下、「ＳＯｘ吸蔵手段」という）を排気ガス通路に配置した排気ガス浄化装置においては、必要に応じ、上記の作用を利用して（すなわち、ＳＯｘ吸蔵手段の温度を硫黄分離脱温度に昇温すると共に流通する排気ガスの空燃比をリッチにすることによって）、ＳＯｘ吸蔵手段から吸蔵したＳＯｘを離脱させる硫黄分離脱制御が実施されるが、この際、ＳＯｘ吸蔵手段に吸蔵されていたＳＯｘの一部が離脱されると共に還元され、硫化水素（Ｈ２Ｓ）となる場合がある。上記のような硫黄分離脱制御においては、ＳＯｘ吸蔵手段に吸蔵されたＳＯｘが常温で気体であるＳＯ２の形で離脱され外部へ放出されることが意図されているが、制御の実施条件によっては離脱されたＳＯｘが還元されＨ２Ｓとなる場合がある。Ｈ２Ｓは毒性及び臭気を有するため、そのまま外部へ放出するのは好ましくない。
【０００５】
このような問題に対し、特開２０００−１５３１３２では、ＮＯｘ吸蔵剤の下流側に三元触媒を有する構成において、ＮＯｘ吸蔵剤に対する硫黄分離脱制御の際に空燃比が時折リーンになるように制御することによって下流の三元触媒の酸化機能を回復させ、三元触媒においてＨ２ＳをＳＯ２に酸化してから外部へ放出するようにする方法が開示されている。
【０００６】
しかしながらこの方法では、硫黄分離脱制御の際に空燃比を時折リーンにするため、硫黄分離脱制御の効率が低下する恐れがある。すなわち、空燃比がリーンになっているときにはＳＯｘの離脱が起きないため、空燃比をリッチに維持した場合に比べ硫黄分離脱制御が完了するまでに長い時間がかかる可能性がある。また、リーンの度合については特に考慮されておらず、三元触媒における酸化が過剰に進み、Ｈ２ＳがＳＯ３（サルフェート）にまで酸化される場合も考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＳＯｘ吸蔵手段を具備する排気ガス浄化装置において、ＳＯｘ吸蔵手段の硫黄分離脱制御が効率良く実施でき、且つＨ２Ｓの外部への放出が抑制される排気ガス浄化装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された排気ガス浄化装置を提供する。
１番目の発明は、第１の部分排気通路と、第２の部分排気通路とを有し、上記第１の部分排気通路と第２の部分排気通路とが下流側において共通の排気通路へと合流するようになっている排気通路と、上記第１及び第２の部分排気通路に夫々配置されるＳＯｘ吸蔵手段であって、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にはＳＯｘを吸蔵し、ＳＯｘ吸蔵手段の温度が硫黄分離脱温度に昇温され、且つ流通する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになった時には吸蔵したＳＯｘを離脱させるＳＯｘ吸蔵手段と、上記部分排気通路の合流部下流の共通の排気通路に配置される酸化機能を有する触媒と、上記ＳＯｘ吸蔵手段から吸蔵されたＳＯｘを離脱させる硫黄分離脱制御を実施するＳＯｘ離脱手段と、を有する排気ガス浄化装置において、上記ＳＯｘ離脱手段により硫黄分離脱制御が実施される時には、上記酸化機能を有する触媒を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるように、上記第１の部分排気通路を流通する排気ガスの空燃比と上記第２の部分排気通路を流通する排気ガスの空燃比との少なくとも一方が制御されることを特徴とする排気ガス浄化装置を提供する。
【０００９】
上記ＳＯｘ吸蔵手段からＳＯｘを離脱させる際、ＳＯｘ吸蔵手段に吸蔵されていたＳＯｘの一部が離脱されると共に還元され、硫化水素（Ｈ２Ｓ）となる場合がある。Ｈ２Ｓは毒性及び臭気を有するため、そのまま外部へ放出するのは好ましくない。本発明によれば、ＳＯｘが離脱せしめられる上記ＳＯｘ吸蔵手段の下流の排気通路に上記酸化機能を有する触媒が配置され、上記ＳＯｘ吸蔵手段からＳＯｘを離脱させる硫黄分離脱制御が実施される時には、上記酸化機能を有する触媒を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるようにされるので、排気ガス中にＨ２Ｓが含まれている場合であっても上記酸化機能を有する触媒によってＨ２ＳがＳＯ２に酸化され、Ｈ２Ｓの外部への放出が抑制される。特に、本発明においては、上記酸化機能を有する触媒を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるようにされるので、排気ガス中の過剰酸素の量はそれ程多くはなく、Ｈ２ＳがＳＯ３にまで酸化されるのを抑制することができる。
【００１０】
更に本発明においては、上記第１の部分排気通路を流通する排気ガスの空燃比と上記第２の部分排気通路を流通する排気ガスの空燃比とのうちの一方をリッチにし、他方をリーンとすることで、上記酸化機能を有する触媒を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるようにすることができる。この場合、流通する排気ガスの空燃比がリッチにされる部分排気通路に配置されたＳＯｘ吸蔵手段に対してＳＯｘを離脱させる硫黄分離脱制御が実施されることになるが、本発明においては、上記ＳＯｘ吸蔵手段の下流に配置された上記酸化機能を有する触媒でＨ２ＳをＳＯ２に酸化するために、この硫黄分離脱制御の対象となっているＳＯｘ吸蔵手段を流通する排気ガスの空燃比を時折リーンにする必要はないため、硫黄分離脱制御が効率良く実施できる。
【００１１】
２番目の発明は１番目の発明において、上記ＳＯｘ吸蔵手段と上記酸化機能を有する触媒とのうちの少なくとも一方が、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ排気ガス中に還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤を含むことを特徴とする。
これにより、排気ガス中のＮＯｘも除去することができる。
【００１２】
３番目の発明は１番目または２番目の発明において、上記酸化機能を有する触媒は、排気ガス中の排気微粒子を除去するパティキュレートフィルタに担持されていることを特徴とする。
これによって、排気ガス中の排気微粒子も除去することができる。
【００１３】
４番目の発明は１番目から３番目の発明の何れかの発明において、上記ＳＯｘ離脱手段による硫黄分離脱制御の終了後、所定時間が経過するまでは、上記酸化機能を有する触媒を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるように制御されることを特徴とする。
【００１４】
上記ＳＯｘ離脱手段による硫黄分離脱制御の終了直後においては、ＳＯｘ吸蔵手段からのＳＯｘの離脱が継続している可能性がある。このような場合に上記硫黄分離脱制御の終了後すぐに上記酸化機能を有する触媒を流通する排気ガスの空燃比を、例えばディーゼルエンジンにおける通常運転時の排気ガスの空燃比であるリーンに戻してしまうと、過剰酸素が豊富に存在するために、上記硫黄分離脱制御の終了後に上記酸化機能を有する触媒に達したＨ２ＳやＳＯ２がＳＯ３まで酸化されてしまう恐れがある。本発明によれば、上記硫黄分離脱制御の終了後、所定時間が経過するまでは、上記酸化機能を有する触媒を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるように制御されるので、上記硫黄分離脱制御の終了後に上記酸化機能を有する触媒に達したＨ２ＳやＳＯ２がＳＯ３まで酸化されるのが抑制され得る。
【００１５】
５番目の発明は１番目から４番目の何れかの発明において、上記酸化機能を有する触媒の下流におけるＨ２Ｓ濃度を推定または検出するＨ２Ｓ濃度推定手段を更に有し、該Ｈ２Ｓ濃度推定手段により推定または検出されたＨ２Ｓ濃度が高い程、上記酸化機能を有する触媒を流通する排気ガスの空燃比のリーンの度合が高められることを特徴とする。
上述したように、上記酸化機能を有する触媒において排気ガス中のＨ２ＳをＳＯ２に酸化することによってＨ２Ｓの外部への放出が抑制される。したがって、上記酸化機能を有する触媒の下流におけるＨ２Ｓ濃度が高い場合というのは、上記酸化機能を有する触媒の酸化機能が十分でない場合である。本発明では、上記酸化機能を有する触媒の下流におけるＨ２Ｓ濃度が高い程、上記酸化機能を有する触媒を流通する排気ガスの空燃比のリーンの度合が高められ、触媒の酸化機能の向上が図られるので、より確実にＨ２Ｓの外部への放出が抑制される。
【００１６】
【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は本発明の排気ガス浄化装置を備えた内燃機関の全体図である。この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。燃料噴射弁３は燃料を一時的に溜めておく共通のリザーバ（いわゆる、コモンレール）６に接続されている。また、吸気マニホルド４は吸気管７を介して排気ターボチャージャ８のコンプレッサ９の出口部に接続されている。吸気管７内には、燃焼室２に吸入される空気の量を制御するためのスロットル弁１０が配置されている。また、コンプレッサ９の入口部にも吸気管１１が接続されている。この吸気管１１には、燃焼室２に吸入される空気の量を計量するためのエアフローメータ１２が取り付けられている。
【００１７】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは燃焼室２から排出された排気ガスを再び燃焼室２に導入するための排気循環（ＥＧＲ）通路１３によって接続されている。ＥＧＲ通路１３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１４が配置されている。また、ＥＧＲ制御弁１４上流のＥＧＲ通路１３には、排気ガスを冷却するためのインタークーラ１５が取り付けられている。
【００１８】
また、排気マニホルド５は排気管１６を介して排気ターボチャージャ８のタービン１７の入口部に接続されている。また、タービン１７の出口部にも排気管１８が接続されている。この排気管１８は、下流側において、第１の部分排気管１９ａと第２の部分排気管１９ｂとに分岐している。そして、これら部分排気管１９ａ、１９ｂは、さらに下流側において、共通の排気管（以下、共通排気管という）２０へと合流する。
【００１９】
第１の部分排気管１９ａ内には、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するための第１のＮＯｘ吸蔵剤２１ａが配置されている。このＮＯｘ吸蔵剤２１ａについては後に説明する。また、第１のＮＯｘ吸蔵剤２１ａ上流の第１の部分排気管１９ａには、排気ガスに添加すべき燃料を噴射するための第１の燃料添加装置２２ａが取り付けられている。この燃料添加装置２２ａは、主に、第１のＮＯｘ吸蔵剤２１ａに燃料を供給するために用いられる。なお、この燃料添加装置の代わりに空燃比がリッチの排気ガスを放出することができるリッチガス供給装置を採用してもよい。
【００２０】
さらに、第１の燃料添加装置２２ａと第１のＮＯｘ吸蔵剤２１ａとの間の第１の部分排気管１９ａには、排気ガスの空燃比を検出するための第１の空燃比センサ２３ａが取り付けられている。この第１の空燃比センサ２３ａは、主に、第１のＮＯｘ吸蔵剤２１ａへ流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御するために用いられる。なお、ここで言う排気ガスの空燃比とは、燃料噴射弁３から燃焼室２内に噴射された燃料の量をＱとし、第１の燃料添加装置２２ａから噴射された燃料の量をＱ１とし、燃焼室２内に吸入された空気の量をＧａとし、そのうち第１の部分排気管１９ａに流入する空気の量をＧａ１としたときに、Ｇａ１／（Ｑ×Ｇａ１／Ｇａ＋Ｑ１）の式で算出される燃料と空気との比である。
【００２１】
また、第１のＮＯｘ吸蔵剤２１ａには、その温度を検出するための第１の温度センサ２４ａが取り付けられている。この温度センサ２４ａによって検出される温度は、主に、第１のＮＯｘ吸蔵剤２１ａの温度を、後述する硫黄分離脱温度であってＮＯｘ吸蔵剤２１ａの許容上限温度以下である温度に制御するときのパラメータとして用いられる。ＮＯｘ吸蔵剤２１ａは、その温度が許容上限温度を超えると熱劣化してしまう恐れがある。
【００２２】
また、第１のＮＯｘ吸蔵剤２１ａ下流の第１の部分排気管１９ａ内には、そこを通る排気ガスの流量を制御するための第１の切換弁２５ａが配置されている。この切換弁２５ａの開度が大きくされると第１のＮＯｘ吸蔵剤２１ａを流通する排気ガスの流量が多くなり、逆に、切換弁２５ａの開度が小さくされると第１のＮＯｘ吸蔵剤２１ａを流通する排気ガスの流量が少なくなる。
【００２３】
一方、第２の部分排気管１９ｂ内には、排気ガス中のＮＯｘを浄化するための第２のＮＯｘ吸蔵剤２１ｂが配置されている。このＮＯｘ吸蔵剤２１ｂは第１のＮＯｘ吸蔵剤２１ａと同様のものであり、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａと合わせて後に説明する。また、第２のＮＯｘ吸蔵剤２１ｂ上流の第２の部分排気管１９ｂには、排気ガスに添加すべき燃料を噴射するための第２の燃料添加装置２２ｂが取り付けられている。この燃料添加装置２２ｂは第１の燃料添加装置２２ａの機能と同じ機能を有する。また、この燃料添加装置の代わりにリッチ空燃比の排気ガスを放出することができるリッチガス供給装置を採用してもよい。
【００２４】
さらに、第２の燃料添加装置２２ｂと第２のＮＯｘ吸蔵剤２１ｂとの間の第２の部分排気管１９ｂには、排気ガスの空燃比を検出するための第２の空燃比センサ２３ｂが取り付けられている。この空燃比センサ２３ｂは第１の空燃比センサ２３ａの機能と同じ機能を有する。なお、ここで言う排気ガスの空燃比とは、燃料噴射弁３から燃焼室２内に噴射された燃料の量をＱとし、第２の燃料添加装置２２ｂから噴射された燃料の量をＱ２とし、燃焼室２内に吸入された空気の量をＧａとし、そのうち第２の排気枝管１９ｂに流入する空気の量をＧａ２としたときに、Ｇａ２／（Ｑ×Ｇａ２／Ｇａ＋Ｑ２）の式で算出される燃料と空気との比である。
【００２５】
また、第２のＮＯｘ吸蔵剤２１ｂには、その温度を検出するための第２の温度センサ２４ｂが取り付けられている。この温度センサ２４ｂは第１の温度センサ２４ａの機能と同じ機能を有する。また、第２のＮＯｘ吸蔵剤２１ｂ下流の第２の部分排気管１９ｂ内には、そこを通る排気ガスの量を制御するための第２の切換弁２５ｂが配置されている。この切換弁２５ｂは第１の切換弁２５ａの機能と同じ機能を有する。
【００２６】
第１の切換弁２５ａの開度および第２の切換弁２５ｂの開度は共通のアクチュエータ２６によって制御される。本排気ガス浄化装置では、一方の切換弁の開度が大きくされるとその分だけ他方の切換弁の開度が小さくされる。
また、共通排気管２０内には、酸化機能を有する触媒（以下、単に「酸化触媒」という）２７が配置されている。また、酸化触媒２７上流の共通排気管２０にはそこを流れる排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ２８が取り付けられている。
【００２７】
次に、本排気ガス浄化装置で用いられるＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂについて説明する。ＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂは、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の空燃比が小さくなり、且つ排気ガス中にＨＣやＣＯ等の還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化する作用を有する。また、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂは酸化機能をも有する。したがって、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂは、排気ガス中のＨＣやＣＯ等を酸化浄化する作用を有する。
【００２８】
なお、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。ここで、「吸収」とはＮＯｘを硝酸塩等の形で蓄積することを言い、「吸着」とはＮＯ２等の形で吸着することを言う。
【００２９】
ところで、内燃機関の燃料には硫黄（Ｓ）成分が含まれている場合があり、この場合には排気ガス中にＳＯｘが含まれることとなる。排気ガス中にＳＯｘが存在するとＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂはＮＯｘの吸蔵作用を行うのと全く同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸蔵を行う。
【００３０】
ところが、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂに吸蔵されたＳＯｘは比較的安定であり、一般にＮＯｘ吸蔵剤に蓄積されやすい傾向がある。ＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂのＳＯｘ蓄積量が増大すると、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂのＮＯｘ吸蔵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る。一方、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂは、その温度が硫黄分の離脱が可能となる温度（硫黄分離脱温度（例えば６００℃以上））に昇温され、且つ流通する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになった時には吸蔵しているＳＯｘを離脱させる。したがって、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂの温度を上記硫黄分離脱温度にまで上昇させ且つＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂを流通する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチとする硫黄分離脱制御を実施することで、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂからＳＯｘを離脱させることができる。
【００３１】
本排気ガス浄化装置では、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂに吸蔵されているＳＯｘの量が許容上限値に達したときに、上述したような硫黄分離脱制御を行い、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂからＳＯｘを離脱させるようにしている。詳細については後述するが、硫黄分離脱制御においては燃料添加装置２２ａ、２２ｂから燃料が噴射され、その燃料の反応によってＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂの温度が上記硫黄分離脱温度にまで上昇せしめられると共に、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂを流通する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなるようにされる。
【００３２】
ところで、上述したような硫黄分離脱制御を実施してＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂからＳＯｘを離脱させる際には、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂから離脱されたＳＯｘの一部が還元され、Ｈ２Ｓとなる場合がある。上記のような硫黄分離脱制御においては、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂに吸蔵されたＳＯｘが常温で気体であるＳＯ２の形で離脱され外部へ放出されることが意図されているが、制御の実施条件によっては離脱されたＳＯｘが還元されＨ２Ｓとなる場合がある。Ｈ２Ｓは毒性及び臭気を有するため、そのまま外部へ放出するのは好ましくない。
【００３３】
このような問題に対し本発明では、以下のような制御を行い、Ｈ２Ｓの外部への放出を抑制している。すなわち、本発明では、上記硫黄分離脱制御が実施される時には、上記酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるように、上記第１の部分排気管１９ａを流通する排気ガスの空燃比と上記第２の部分排気管１９ｂを流通する排気ガスの空燃比との少なくとも一方が制御される。
【００３４】
より具体的には、本排気ガス浄化装置ではＮＯｘ吸蔵剤に対する上記硫黄分離脱制御は片方のＮＯｘ吸蔵剤毎に行われ、硫黄分離脱制御が行われるＮＯｘ吸蔵剤として第１のＮＯｘ吸蔵剤２１ａを例にとると以下のような制御が行われる。つまり、第１のＮＯｘ吸蔵剤２１ａからＳＯｘを離脱させるべく硫黄分離脱制御が行われる時には、第１の燃料添加装置２２ａから第１の部分排気管を流通する排気ガスに燃料が噴射され、その燃料の反応によってＮＯｘ吸蔵剤２１ａの温度が上記硫黄分離脱温度にまで上昇せしめられると共に、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａを流通する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなるようにされる。そしてこの際、空燃比センサ２３ａ、２３ｂからの検出値、温度センサ２４ａ、２４ｂからの検出値、並びに空燃比センサ２８からの検出値に基づいて燃料添加装置２２ａ、２２ｂ及び切替弁２５ａ、２５ｂを制御するアクチュエータ２６が制御され、上記酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるように制御される。
【００３５】
すなわち、空燃比センサ２３ａで検出される空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであり、温度センサ２４ａで検出される温度が硫黄分離脱温度であって上記許容上限温度以下であり、温度センサ２４ｂで検出される温度も上記許容上限温度以下であり、且つ空燃比センサ２８で検出される空燃比が僅かにリーンであるように、燃料添加装置２２ａ、２２ｂと、切替弁２５ａ、２５ｂを制御するアクチュエータ２６とが制御され、各部分排気管１９ａ、１９ｂを流通する排気ガスに噴射される燃料の量及び各部分排気管１９ａ、１９ｂを流通する排気ガスの流量が制御される。なお、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａにおいてＳＯｘが離脱するような温度及び排気ガス空燃比を実現し、且つ酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるようにすることができるのであれば、何れか一方の部分排気管のみに関する燃料添加装置による燃料噴射量及び排気ガス流量、あるいはこれらのうちの何れか一方のみが制御されてもよい。
【００３６】
なお、ここで言う上記酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比とは、燃料噴射弁３から燃焼室２内に噴射された燃料の量と各燃料添加装置から噴射された燃料の量との総量に対する燃焼室２内に吸入された空気の量の比である。
【００３７】
以上のような制御を行うと、第１のＮＯｘ吸蔵剤２１ａからはＳＯｘが離脱せしめられる。そしてその一部は還元されてＨ２Ｓとなり、下流へ流れて行く。Ｈ２Ｓが酸化触媒２７に達すると、そこでＳＯ２に酸化され、Ｈ２Ｓの外部への放出が抑制される。特に、酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比は僅かにリーンになるようにされているので排気ガス中の過剰酸素の量はそれ程多くなく、Ｈ２ＳがＳＯ３にまで酸化されるのを抑制することができる。すなわち、ここでの「僅かにリーン」という空燃比は、酸化触媒２７においてＨ２ＳをＳＯ２に酸化するのに適切な空燃比であり、ＳＯ３にまでは酸化しない空燃比である。
【００３８】
また、この方法においては、酸化触媒２７におけるＨ２ＳからＳＯ２への酸化反応を維持する等のために硫黄分離脱制御の対象になっている第１のＮＯｘ吸蔵剤２１ａを流通する排気ガスの空燃比を時折リーンにする等の制御が不要であるため、継続的に第１のＮＯｘ吸蔵剤２１ａからＳＯｘを離脱させることができ、硫黄分離脱制御が効率良く実施できる。
【００３９】
なお、第２のＮＯｘ吸蔵剤２１ｂに対する硫黄分離脱制御については、上述の第１のＮＯｘ吸蔵剤２１ａに対する硫黄分離脱制御の説明から明らかであるので説明を省略する。
以上のように、本排気ガス浄化装置によれば、ＮＯｘ吸蔵剤の硫黄分離脱制御が効率良く実施でき、且つＨ２Ｓの外部への放出が抑制され得る。
【００４０】
なお、以上の説明においては、切替弁２５ａ、２５ｂを用いた場合について説明したが、図１に示した排気ガス浄化装置の構成で切替弁２５ａ、２５ｂ及びアクチュエータ２６を省いた構成においても、上述したのとほぼ同様の制御が実施でき、ほぼ同様の作用及び効果が得られる。すなわち、各部分排気管１９ａ、１９ｂを流通する排気ガスの流量を制御しない場合であっても、燃料添加装置による燃料噴射を制御することによって、一方のＮＯｘ吸蔵剤からＳＯｘが離脱するようにすると共に、酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるようにすることは可能である。
【００４１】
また、以上の説明においては、各種センサ２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２８を用いた場合について説明したが、これらのセンサ２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２８を設けずに、これらのセンサ２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２８から検出されるべき値を推定して、上述したのとほぼ同様の制御を実施するようにしてもよい。すなわち、例えば、図１に示した排気ガス浄化装置の構成で切替弁２５ａ、２５ｂ及びアクチュエータ２６を省いた構成において、機関の運転状態（エンジン負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／エンジン回転数Ｎ）及びエンジン回転数Ｎ等）と燃料添加装置から噴射される燃料の量との関係で上記各種センサ２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２８から検出される値を予め求めてマップにしておき、このマップに基づいて上述したのとほぼ同様の制御（すなわち、一方のＮＯｘ吸蔵剤からＳＯｘが離脱するようにすると共に、酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるようにする制御）を行うようにしてもよい。
【００４２】
次に図２を参照して、本発明の別の構成の排気ガス浄化装置について説明する。図２中、図１に示した排気ガス浄化装置と共通する構成要素については同一の参照番号を付す。また、これら共通する各構成要素の機能は、図１に示した排気ガス浄化装置に関して説明した各構成要素の機能と同じである。
【００４３】
図２の排気ガス浄化装置の構成では、第１の部分排気管１９ａが機関本体１において最も端に位置する２つの燃焼室２に接続されている。また、この構成では、第２の部分排気管１９ｂが機関本体１において中間に位置する２つの燃焼室２に接続されている。図２の排気ガス浄化装置の構成では、各部分排気管１９ａ、１９ｂはそれぞれ異なる燃焼室２に接続されているので、各燃焼室２において燃料を燃焼させる空燃比を制御することによって、またはポスト噴射を制御すること等によって、各部分排気管１９ａ、１９ｂを流通する排気ガスの空燃比を制御することができる。すなわち、図１に示された排気ガス浄化装置では、主に燃料添加装置２２ａ、２２ｂの制御によって各部分排気管１９ａ、１９ｂを流通する排気ガスの空燃比を制御して所望の制御を実現したが、図２の排気ガス浄化装置では機関側の制御によって各部分排気管１９ａ、１９ｂを流通する排気ガスの空燃比を制御して所望の制御を実現する。
【００４４】
例えば、図２の排気ガス浄化装置において、第１のＮＯｘ吸蔵剤２１ａからＳＯｘを離脱させるべく硫黄分離脱制御が行われる時には、最も端に位置する２つの燃焼室２において空燃比をリッチにして燃料を燃焼させることができ、これによって、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａの温度が上記硫黄分離脱温度にまで上昇せしめられると共に、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａを流通する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなるようにされる。そしてこの際、中間に位置する２つの燃焼室２において燃料が燃焼せしめられる空燃比を制御することで、酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるようにすることができる。このように、図２に示した構成の排気ガス浄化装置によっても、図１の排気ガス浄化装置を参照しつつ説明したのとほぼ同様の制御が実施でき、ほぼ同様の作用及び効果が得られる。
【００４５】
なお、以上の説明においては、ＮＯｘ吸蔵剤の温度を硫黄分離脱温度にまで上昇させると共に、ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになるようにすることによってＮＯｘ吸蔵剤からＳＯｘの離脱が行われる硫黄分離脱制御が実施されている時に、酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるように制御されることを説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記硫黄分離脱制御の終了後、所定時間が経過するまでは、上記酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるように制御されるようにしてもよい。
【００４６】
上記硫黄分離脱制御の終了直後においては、ＮＯｘ吸蔵剤からのＳＯｘの離脱が継続している可能性がある。このような場合に上記硫黄分離脱制御の終了後すぐに上記酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比を、例えばディーゼルエンジンにおける通常運転時の排気ガスの空燃比であるリーンに戻してしまうと、過剰酸素が豊富に存在するために、上記硫黄分離脱制御の終了後に上記酸化触媒２７に達したＨ２ＳやＳＯ２がＳＯ３まで酸化されてしまう恐れがある。したがって、上記硫黄分離脱制御の終了後、所定時間が経過するまで、上記酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるように制御することにより、上記硫黄分離脱制御の終了後に上記酸化触媒２７に達したＨ２ＳやＳＯ２がＳＯ３まで酸化されるのが抑制され得る。
【００４７】
また、本発明では、図１及び図２に示した構成において、更に酸化触媒２７の下流にＨ２Ｓ濃度を検出するＨ２Ｓセンサを設けておき、その検出値に基づいて酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比のリーンの度合を制御するようにしてもよい。より具体的には、上述したような酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるように制御される場合において、上記Ｈ２Ｓセンサにおいて検出されるＨ２Ｓ濃度が高い程、酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比のリーンの度合を高めるようにする。ここで、リーンの度合を高めるとは上記空燃比を大きくすることであり、これにより酸化触媒２７における酸化機能は向上される。
【００４８】
上述したように図１及び図２に示した構成の排気ガス浄化装置においては、酸化触媒２７において排気ガス中のＨ２ＳをＳＯ２に酸化することによってＨ２Ｓの外部への放出が抑制される。したがって、酸化触媒２７の下流におけるＨ２Ｓ濃度が高くなる場合というのは、酸化触媒２７の酸化機能が十分でない場合である。それゆえ、このような場合に酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比のリーンの度合を高めれば、酸化触媒２７の酸化機能の向上が図られ、酸化触媒２７の下流におけるＨ２Ｓ濃度を低減することができる。つまり、上記Ｈ２Ｓセンサにおいて検出されるＨ２Ｓ濃度が高い程、酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比のリーンの度合を高めるようにすることで、より確実にＨ２Ｓの外部への放出を抑制することができる。例えば、酸化触媒２７の下流におけるＨ２Ｓ濃度、すなわち外部へ放出される排気ガスのＨ２Ｓ濃度を所定値以下に維持するようにすることができる。
【００４９】
また、この制御においては、検出されたＨ２Ｓ濃度に対応して目標となる上記リーンの度合が定まることになるが、このＨ２Ｓ濃度と目標となる上記リーンの度合との関係を適切に設定することでＨ２ＳがＳＯ３にまで酸化されないようにすることができる。なお、上記リーンの度合の具体的な制御方法については、酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比が僅かにリーンになるようにする上述した空燃比の制御方法とほぼ同様であるので説明を省略する。
【００５０】
次にこの制御のために使用し得るＨ２Ｓセンサの一例について簡単に説明する。図３は、Ｈ２Ｓセンサの構造を示す図である。このＨ２Ｓセンサは酸素イオン導電性固体電解質３１の一方の面に貴金属製電極からなる参照極３２を配置し、他方の面に貴金属製電極からなる検出極３３を配置し、これら電極３２、３３を焼結し、さらに検出極３３表面を金属酸化物半導体層３４で被覆して焼成して形成される。両電極３２、３３には貴金属製の導線３５が接続され、これら導線３５には電圧計３６が接続される。酸素イオン導電性固体電解質３１は酸化イットリウムＹ２Ｏ３や酸化カルシウムＣａＯで安定化した酸化ジルコニウムＺｒＯ２や酸化セリウムＣｅＯ２からなり、その形状はチューブ状または平板状である。参照極３２および検出極３３は貴金属、例えば白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄ、イリジウムＩｒ、ルテニウムＲｕ、オスミウムＯｓまたはこれらの合金からなる。金属酸化物半導体層３４は酸化タングステンＷＯ３、酸化スズＳｎＯ２、酸化インジウムＩｎ２Ｏ３からなる。
【００５１】
このようなＨ２ＳセンサのＨ２Ｓ濃度の検出メカニズムは以下の通りである。すなわち、酸素イオン導電性個体電解質３１の一方の面に配置された貴金属製の検出極３３においては、酸素Ｏ２が酸素イオンＯ２−へとイオン化される。この検出極３３における酸素Ｏ２のイオン化反応により電位が発生する。さらに金属酸化物半導体層３４においてＨ２Ｓがこの酸素イオンＯ２−により酸化され、水蒸気Ｈ２Ｏや酸化硫黄ＳＯ２等に変化する。この金属酸化物半導体３４におけるＨ２Ｓの酸化反応によっても電位が発生する。これら酸素のイオン化反応に起因する電位とＨ２Ｓの酸化反応に起因する電位との混成電位はＨ２Ｓの濃度に依存した電位であり、また参照極３２はこれら酸素のイオン化反応およびＨ２Ｓの酸化反応には寄与しない。したがってこの混成電位を参照極３２の参照電位との電位差として電圧計３６で検出すればＨ２Ｓの濃度を直接検出することができる。
【００５２】
なお、以上では酸化触媒２７の下流にＨ２Ｓセンサを設ける場合について説明したが、他の手段によって酸化触媒２７の下流におけるＨ２Ｓ濃度を推定または検出するようにしてもほぼ同様の制御が実施でき、ほぼ同様の作用及び効果が得られる。例えば、Ｈ２Ｓは一般に、硫黄分離脱制御時におけるＮＯｘ吸蔵剤２１ａまたは２１ｂの温度が高い程、また、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａまたは２１ｂを流通する排気ガス流量が多い程、更に、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａまたは２１ｂのＳＯｘ吸蔵量が多い程、生成され易い傾向があるので、これらとの関係でＨ２Ｓ生成量のマップを作成しておき、このマップからの値とその時の酸化触媒２７を流通する排気ガスの空燃比（リーンの度合）とに基づいて酸化触媒２７の下流におけるＨ２Ｓ濃度を推定するようにしてもよい。
【００５３】
あるいは、上記のＮＯｘ吸蔵剤温度、流通排気ガス流量、ＳＯｘ吸蔵量、排気ガスの空燃比（リーンの度合）等と関係付けて酸化触媒２７の下流に設けたＨ２Ｓセンサから検出される値を予め求めてマップにしておき、このマップに基づいて上記Ｈ２Ｓ濃度を推定するようにしてもよい。
なお、上記のＮＯｘ吸蔵剤２１ａまたは２１ｂのＳＯｘ吸蔵量は、例えば、前回の硫黄分離脱制御実施後の車両走行距離などから推定することができる。
【００５４】
また、本発明では、図１及び図２に示した構成において、ＮＯｘ吸蔵剤２１ａ、２１ｂの代わりに、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にはＳＯｘを吸蔵し、その温度が硫黄分離脱温度に昇温され、且つ流通する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになった時には吸蔵したＳＯｘを離脱させるＳＯｘ吸蔵剤（Ｓトラップ剤）を用いてもよい。
【００５５】
更に、本発明では、図１及び図２に示した構成における酸化触媒２７がＮＯｘ吸蔵剤を含んでいてもよい。ＮＯｘ吸蔵剤は上述したように酸化機能をも有するので、酸化触媒２７として用いることもできる。また、酸化触媒２７は、排気ガス中の排気微粒子を除去するパティキュレートフィルタに担持されていてもよい。これにより、排気ガス中の排気微粒子をも除去することが可能となる。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ＳＯｘ吸蔵手段を具備する排気ガス浄化装置において、ＳＯｘ吸蔵手段の硫黄分離脱制御が効率良く実施でき、且つＨ２Ｓの外部への放出が抑制される排気ガス浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気ガス浄化装置を備えた内燃機関の全体図である。
【図２】本発明の別の構成の排気ガス浄化装置を備えた内燃機関の全体図である。
【図３】Ｈ２Ｓセンサの構造を示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
２…燃焼室
１９ａ…第１の部分排気管
１９ｂ…第２の部分排気管
２０…共通排気管
２１ａ…第１のＮＯｘ吸蔵剤
２１ｂ…第２のＮＯｘ吸蔵剤
２２ａ…第１の燃料添加装置
２２ｂ…第２の燃料添加装置
２５ａ…第１の切換弁
２５ｂ…第２の切換弁
２７…酸化触媒
【図１】
2004092431.tif 000003
【図２】
2004092431.tif 000004
【図３】
2004092431.tif 000005