(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、ＳＯｘ被毒回復時に発生する硫化水素（Ｈ２Ｓ）の大気中への放出を抑制する技術を提供する。【解決手段】酸素貯蔵能を有し且つ還元剤の存在下で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒３と、ＮＯｘ触媒３の下流の酸素貯蔵手段７と、ＮＯｘ触媒３及び酸素貯蔵手段７を連通する第１排気通路２と、ＮＯｘ触媒３から酸素貯蔵手段７までの間に接続され酸素貯蔵手段７を通過しない第２排気通路２ａと、還元剤供給手段９と、ＮＯｘ触媒３のＳＯｘ被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復手段９と、ＳＯｘ被毒回復手段９によりＳＯｘ被毒の回復が開始されてから硫化水素の放出量が増加するまでの所定期間第２排気通路２ａへ排気を流通させる排気通路切替手段８と、を具備した。【選択図】図１
2004011493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化雰囲気で酸素を貯蔵し還元雰囲気になると貯蔵した酸素を放出する酸素貯蔵能を有し且つ排気の空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵し還元剤の存在下で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の下流に設けられ酸化雰囲気で酸素を貯蔵し還元雰囲気になると貯蔵した酸素を放出する酸素貯蔵手段と、
前記ＮＯｘ触媒及び前記酸素貯蔵手段を連通する第１排気通路と、
前記ＮＯｘ触媒から前記酸素貯蔵手段までの間に接続され該酸素貯蔵手段を通過しない第２排気通路と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段から還元剤を供給して前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復手段と、
前記ＳＯｘ被毒回復手段によりＳＯｘ被毒の回復が開始されてから硫化水素の放出量が増加するまでの所定期間前記第２排気通路へ排気を流通させる排気通路切替手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
酸化雰囲気で酸素を貯蔵し還元雰囲気になると貯蔵した酸素を放出する酸素貯蔵能を有し且つ排気の空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵し還元剤の存在下で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の下流に設けられ酸化雰囲気で酸素を貯蔵し還元雰囲気になると貯蔵した酸素を放出する酸素貯蔵手段と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒から流出する排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
前記酸素濃度検出手段に検出される排気の空燃比が理論空燃比となるように空燃比のフィードバック制御を行って前記ＮＯｘ触媒に貯蔵された酸素を放出させる酸素放出手段と、
前記酸素放出手段によりＮＯｘ触媒に貯蔵された酸素が放出されたか否か判定する酸素放出判定手段と、
前記ＮＯｘ触媒から酸素が放出されたと前記酸素放出判定手段により判定された場合に、前記還元剤供給手段から還元剤を供給して前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復手段と、
を具備することを特徴とする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、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関、特に酸素過剰状態の混合気（所謂、リーン空燃比の混合気）を燃焼可能とするディーゼル機関やリーンバーン・ガソリン機関では、該内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する技術が望まれている。
【０００３】
このような要求に対し、内燃機関の排気系にＮＯｘ吸蔵剤を配置する技術が提案されている。このＮＯｘ吸蔵剤の一つとして、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵（吸収、吸着）し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が知られている。
【０００４】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が内燃機関の排気系に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排気の空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵され、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯｘ）が還元される。
【０００５】
ところで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯｘ）もＮＯｘと同じメカニズムで吸蔵される。このように吸蔵されたＳＯｘはＮＯｘよりも放出されにくく、ＮＯｘ触媒内に蓄積される。これをＳＯｘ被毒といい、ＮＯｘ浄化率が低下するため、適宜の時期にＳＯｘ被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。この被毒回復処理は、ＮＯｘ触媒を高温（例えば６００乃至６５０℃程度）にしつつ酸素濃度を低下させた排気をＮＯｘ触媒に流通させて行われている。
【０００６】
このようにして、ＳＯｘ被毒回復処理を施すとＮＯｘ触媒で還元雰囲気となるため、ＮＯｘ触媒から放出されるＳＯｘが硫化水素（Ｈ２Ｓ）に還元され易くなる。硫化水素（Ｈ２Ｓ）は、大気中へ放出されると異臭の原因となるため、例えば、特開平８−２９４６１８号公報に記載の発明では、ＮＯｘ触媒の下流に酸素貯蔵能を有する三元触媒を設けて硫化水素（Ｈ２Ｓ）の放出を抑制している。この酸素貯蔵能を有する三元触媒により、ＳＯｘ被毒回復時の還元雰囲気であっても該酸素貯蔵能を有する三元触媒から放出される酸素により、硫化水素（Ｈ２Ｓ）を酸化させることが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、放出される酸素で酸化されるのは、硫化水素（Ｈ２Ｓ）に限らず、排気中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）も酸化されるので、ＮＯｘ触媒から流出する硫化水素（Ｈ２Ｓ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等の量が多い場合には、ＮＯｘ触媒に貯蔵された酸素では不足する場合がある。
【０００８】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、ＳＯｘ被毒回復時に発生する硫化水素（Ｈ２Ｓ）の大気中への放出を抑制する技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、第１の発明は、
酸化雰囲気で酸素を貯蔵し還元雰囲気になると貯蔵した酸素を放出する酸素貯蔵能を有し且つ排気の空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵し還元剤の存在下で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の下流に設けられ酸化雰囲気で酸素を貯蔵し還元雰囲気になると貯蔵した酸素を放出する酸素貯蔵手段と、
前記ＮＯｘ触媒及び前記酸素貯蔵手段を連通する第１排気通路と、
前記ＮＯｘ触媒から前記酸素貯蔵手段までの間に接続され該酸素貯蔵手段を通過しない第２排気通路と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段から還元剤を供給して前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復手段と、
前記ＳＯｘ被毒回復手段によりＳＯｘ被毒の回復が開始されてから硫化水素の放出量が増加するまでの所定期間前記第２排気通路へ排気を流通させる排気通路切替手段と、
を具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄化装置において、硫化水素の排出量が少ないＳＯｘ被毒回復初期の排気を、酸素貯蔵手段を介さずに排出させることにより、その後に排出される硫化水素を酸化させるための酸素を酸素貯蔵手段に保持させることにある。
【００１１】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒に排気中のＳＯｘが吸蔵されてＳＯｘ被毒が発生する。このＳＯｘ被毒を回復させるときにＮＯｘ触媒から放出されるＳＯｘは、ＳＯｘ被毒回復時に供給される還元剤のために硫化水素（Ｈ２Ｓ）となり易い。このときに発生する硫化水素（Ｈ２Ｓ）は、少量ではあるが異臭の原因となる。ここで、ＮＯｘ触媒から流出する硫化水素（Ｈ２Ｓ）は、ＮＯｘ触媒下流の酸化貯蔵手段により貯蔵された酸素により酸化させることができる。
【００１２】
ところで、ＮＯｘ触媒が酸素貯蔵能を有している場合、ＳＯｘ被毒回復の開始直後には、該ＮＯｘ触媒から酸素が放出されるため、ＮＯｘ触媒下流に流出する排気中の酸素濃度が上昇する。この酸素濃度の上昇により、ＳＯｘ被毒回復開始直後には、硫化水素（Ｈ２Ｓ）の発生量は少なくなる。従って、このときにＮＯｘ触媒から流出する排気は硫化水素（Ｈ２Ｓ）をほとんど含まないが、一方で、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を含んでいる。このように炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を含んだ排気が酸素貯蔵手段に流入すると、該酸素貯蔵手段に貯蔵されていた酸素が放出され、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）が酸化される。その後、ＮＯｘ触媒に貯蔵されていた酸素量が減少し、それに伴い該ＮＯｘ触媒から放出される酸素量が減少するので、ＮＯｘ触媒では酸素濃度が低下して硫化水素（Ｈ２Ｓ）の発生量が増加する。
【００１３】
しかしながら、ＮＯｘ触媒下流の酸素貯蔵手段では、貯蔵していた酸素が放出された後であるため、流入する硫化水素（Ｈ２Ｓ）を酸化するために必要な量の酸素が残存していない。
【００１４】
そこで、排気通路切替手段は、ＳＯｘ被毒回復手段によりＳＯｘ被毒の回復が開始されてから硫化水素の放出量が増加するまでの所定期間第２排気通路へ排気を流通させる。これにより、酸素貯蔵手段に貯蔵されていた酸素がＳＯｘ被毒回復開始直後に放出されることを防止することができ、硫化水素（Ｈ２Ｓ）の発生量が増加したときに該硫化水素（Ｈ２Ｓ）を酸化させることが可能となる。
【００１５】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、第２の発明は、
酸化雰囲気で酸素を貯蔵し還元雰囲気になると貯蔵した酸素を放出する酸素貯蔵能を有し且つ排気の空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵し還元剤の存在下で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の下流に設けられ酸化雰囲気で酸素を貯蔵し還元雰囲気になると貯蔵した酸素を放出する酸素貯蔵手段と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒から流出する排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
前記酸素濃度検出手段に検出される排気の空燃比が理論空燃比となるように空燃比のフィードバック制御を行って前記ＮＯｘ触媒に貯蔵された酸素を放出させる酸素放出手段と、
前記酸素放出手段によりＮＯｘ触媒に貯蔵された酸素が放出されたか否か判定する酸素放出判定手段と、
前記ＮＯｘ触媒から酸素が放出されたと前記酸素放出判定手段により判定された場合に、前記還元剤供給手段から還元剤を供給して前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復手段と、
を具備することを特徴とする。
【００１６】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄化装置において、ＳＯｘ被毒回復処理を開始する前にＮＯｘ触媒に貯蔵された酸素を放出させておくことにより、ＳＯｘ被毒回復処理開始直後から硫化水素（Ｈ２Ｓ）を発生させ、酸素貯蔵手段に貯蔵されていた酸素により該硫化水素（Ｈ２Ｓ）を酸化させることにある。
【００１７】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒に排気中のＳＯｘが吸蔵されてＳＯｘ被毒が発生する。このＳＯｘ被毒を回復させるときにＮＯｘ触媒から放出されるＳＯｘは、ＳＯｘ被毒回復時に供給される還元剤のために硫化水素（Ｈ２Ｓ）となり易い。このときに発生する硫化水素（Ｈ２Ｓ）は、少量ではあるが異臭の原因となる。ここで、ＮＯｘ触媒から流出する硫化水素（Ｈ２Ｓ）は、ＮＯｘ触媒下流の酸化貯蔵手段により貯蔵された酸素により酸化させることができる。
【００１８】
ところで、ＮＯｘ触媒が酸素貯蔵能を有している場合、前記したようにＮＯｘ触媒に貯蔵されていた酸素が放出された後に硫化水素（Ｈ２Ｓ）の発生量が増加する。このときには、ＮＯｘ触媒下流の酸素貯蔵手段により貯蔵されていた酸素が放出された後であるため、硫化水素（Ｈ２Ｓ）の酸化が困難となる。
【００１９】
そこで、ＮＯｘ触媒に貯蔵された酸素を酸素放出手段により放出させた後にＳＯｘ被毒の回復を行う。ここで、酸素貯蔵手段に流入する排気の空燃比が理論空燃比となるように、例えば還元剤の供給量、吸入空気量、機関への燃料噴射量等をフィードバック制御すると、酸素貯蔵手段における酸素の放出を抑制することが可能となる。このようにして、ＮＯｘ触媒から酸素を放出させる一方で、酸素貯蔵手段に酸素を保持させることが可能となる。
【００２０】
このように、ＮＯｘ触媒に貯蔵された酸素を放出させてからＳＯｘ被毒回復手段はＳＯｘ被毒の回復処理を開始する。ＳＯｘ被毒回復を開始しても、ＮＯｘ触媒から酸素がほとんど放出されないため、ＮＯｘ触媒での硫化水素（Ｈ２Ｓ）の発生量が多くなる。そして、酸素貯蔵手段では酸素が保持されているため、該酸素により硫化水素（Ｈ２Ｓ）を酸化させることが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係るエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２３】
図１に示すエンジン１は、４つの気筒を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２４】
エンジン１には、排気管２が接続され、該排気管２は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。
【００２５】
前記排気管２の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタ３が設けられている。このフィルタ３より上流の排気管２には、該排気管２内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ４及び該排気管２内を流通する排気の空燃比（酸素濃度）に対応した電気信号を出力する第１空燃比センサ５が取り付けられている。また、フィルタ３より下流の排気管２には、該排気管２内を流通する排気の空燃比（酸素濃度）に対応した電気信号を出力する第２空燃比センサ６が取り付けられている。
【００２６】
本実施の形態によるフィルタ３は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成され、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更に酸素貯蔵（Ｏ２ストレージ）能力のある例えばセリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属を添加して構成される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という。）を担持させている。
【００２７】
このＮＯｘ触媒は、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、一方、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、該ＮＯｘ触媒から放出された窒素酸化物（ＮＯｘ）が還元される。また、セリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属は、排気の特性に応じて酸素を一時的に保持し、活性化酸素として放出する能力を有する。このときに放出される活性酸素によりフィルタ３に捕集されたパティキュレートマターを酸化させ、フィルタ３の目詰まりを防止することができる。
【００２８】
また、フィルタ３よりも下流の排気管２の途中には、酸素貯蔵能を有したＨ２Ｓスイーパー７が設けられている。該Ｈ２Ｓスイーパー７には、酸素貯蔵能を有する例えばセリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属が担持されている。ここで、Ｈ２Ｓスイーパー７は、酸素貯蔵能を有するセリア等のみを担持させたものであっても良く、また、三元触媒等にセリア等を担持させたものであっても良い。
【００２９】
第２空燃比センサ６とＨ２Ｓスイーパー７との間の排気管２には、Ｈ２Ｓスイーパー７を迂回させて排気を流通させるための第２排気管２ａの一端が接続され、該第２排気管の他端はＨ２Ｓスイーパー７の下流の排気管２に接続されている。第２排気管２ａの一端側には、排気の流路を排気管２と第２排気管２ａとの何れかに切り替える切替弁８が備えられている。
【００３０】
尚、本実施の形態では、フィルタ３より上流の排気管２を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、フィルタ３に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【００３１】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気管２内に臨むように取り付けられ、燃料を噴射する還元剤噴射弁９と、燃料を吐出する燃料ポンプ１０と、燃料ポンプ１０から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁９へ導く還元剤供給路１１と、を備えて構成されている。
【００３２】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ１０から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路１１を介して還元剤噴射弁９へ供給される。そして、ＥＣＵ１２からの信号により該還元剤噴射弁９が開弁して排気管２内へ還元剤としての燃料が噴射される。還元剤噴射弁９から排気管２内へ噴射された還元剤は、排気管２の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させる。その後、ＥＣＵ１２からの信号により還元剤噴射弁９が閉弁し、排気管２内への還元剤の添加が停止される。
【００３３】
このようにして、フィルタ３に還元剤が供給された結果、フィルタ３に流入する排気は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになる。そして、フィルタ３に流入した酸素濃度の低い排気は、フィルタ３に担持された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する。
【００３４】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）１２が併設されている。このＥＣＵ１２は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００３５】
ＥＣＵ１２には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ１２に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ１２には、切替弁８、還元剤噴射弁９等が電気配線を介して接続され、制御することが可能になっている。また、前記ＥＣＵ１２は、各種アプリケーションプログラム及び各種制御マップを記憶し各種制御を行う。
【００３６】
例えば、ＮＯｘ浄化制御では、ＥＣＵ１２は、フィルタ３に流入する排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的に低くする、燃料添加制御（所謂リッチスパイク制御）を実行する。
【００３７】
燃料添加制御では、ＥＣＵ１２は、所定の周期毎に燃料添加制御実行条件が成立しているか否かを判別する。この燃料添加制御実行条件としては、例えば、フィルタ３に担持された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が活性状態にある、排気温度センサ４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、後述するＳＯｘ被毒回復制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。
【００３８】
上記したような燃料添加制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＥＣＵ１２は、還元剤噴射弁９からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく当該還元剤噴射弁９を制御することにより、フィルタ３に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【００３９】
具体的には、ＥＣＵ１２は、記憶されている機関回転数、機関負荷（アクセル開度）、エアフローメータ（図示省略）の出力信号値（吸入空気量）、第１空燃比センサ５の出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【００４０】
ＥＣＵ１２は、前記した機関回転数と機関負荷と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとして還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【００４１】
続いて、ＥＣＵ１２は、前記目標添加量をパラメータとして還元剤噴射弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁９から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁９の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【００４２】
還元剤噴射弁９の目標開弁時間が算出されると、ＥＣＵ１２は、還元剤噴射弁９を開弁させる。
【００４３】
ＥＣＵ１２は、還元剤噴射弁９を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁９を閉弁させる。
【００４４】
このように還元剤噴射弁９が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁９から排気管２内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁９から噴射された還元剤は、排気管２の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空燃比の混合気を形成してフィルタ３に流入する。
【００４５】
この結果、フィルタ３に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになり、以て、フィルタ３に担持された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸蔵と還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【００４６】
このように、フィルタ３に流入する排気の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵された窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元することが可能となる。
【００４７】
次に、被毒回復制御では、ＥＣＵ１２は、フィルタ３に担持された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の酸化物による被毒を回復すべくＳＯｘ被毒回復処理を行うことになる。
【００４８】
ところで、エンジン１の燃料には硫黄（Ｓ）が含まれている場合があり、そのような燃料がエンジン１で燃焼されると、二酸化硫黄（ＳＯ２）や三酸化硫黄（ＳＯ３）などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が生成される。
【００４９】
硫黄酸化物（ＳＯｘ）は、排気とともにフィルタ３に流入し、窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様のメカニズムによって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵される。
【００５０】
具体的には、フィルタ３に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ２）や三酸化硫黄（ＳＯ３）等の硫黄酸化物（ＳＯｘ）が白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、硫酸イオン（ＳＯ４２−）の形でフィルタ３に吸蔵される。更に、フィルタ３に吸蔵された硫酸イオン（ＳＯ４２−）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ４）を形成する。
【００５１】
ところで、硫酸塩（ＢａＳＯ４）は、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ３）２）に比して安定していて分解し難く、フィルタ３に流入する排気の酸素濃度が低くなっても分解されずにフィルタ３内に残留してしまう。
【００５２】
フィルタ３における硫酸塩（ＢａＳＯ４）の量が増加すると、それに応じて窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸蔵に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少するため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下する、所謂ＳＯｘ被毒が発生する。
【００５３】
フィルタ３のＳＯｘ被毒を回復する方法としては、フィルタ３の雰囲気温度をおよそ６００乃至６５０℃の高温域まで昇温させるとともに、フィルタ３に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、フィルタ３に吸蔵されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）をＳＯ３−やＳＯ４−に熱分解し、次いでＳＯ３−やＳＯ４−を排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ２−に還元する方法を例示することができる。
【００５４】
ＥＣＵ１２は、例えば、還元剤噴射弁９から排気中へ燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分をフィルタ３において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってフィルタ３の床温を高めるようにする。同時に、各気筒の膨張行程時に燃料噴射弁（図示省略）から副次的に燃料を噴射させても良い。
【００５５】
上記したような燃料添加によりフィルタ３の床温が６００℃乃至６５０℃程度の高温域まで上昇する。その後も、引き続きフィルタ３に流入する排気の酸素濃度を低下させるべくＥＣＵ１２は還元剤噴射弁９から燃料を噴射させる。
【００５６】
このように被毒回復処理が実行されると、フィルタ３の床温が高い状況下で、フィルタ３に流入する排気の酸素濃度が低くなるため、フィルタ３に吸蔵されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）がＳＯ３−やＳＯ４−に熱分解され、それらＳＯ３−やＳＯ４−が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して還元され、以てフィルタ３のＳＯｘ被毒が回復されることになる。
【００５７】
ところで、ＳＯｘ被毒回復時に放出されるＳＯｘは、還元雰囲気により硫化水素（Ｈ２Ｓ）に変化し易い。この硫化水素（Ｈ２Ｓ）は、異臭の原因となるため大気中への放出を抑制する必要がある。
【００５８】
従来の内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒下流に硫化水素（Ｈ２Ｓ）を酸化させための触媒を備えていた。この触媒は、例えば三元触媒に酸素貯蔵剤を添加したもので、還元雰囲気であっても該酸素貯蔵剤から放出される酸素により硫化水素（Ｈ２Ｓ）を酸化させることが可能である。
【００５９】
ところが、ＮＯｘ触媒にセリア等の遷移金属が含まれている場合、ＳＯｘ被毒回復の開始直後に該ＮＯｘ触媒に貯蔵されていた酸素が放出されるため、ＮＯｘ触媒から流出する排気中の酸素濃度が上昇する。この酸素濃度の上昇により、ＳＯｘ被毒回復開始直後では、硫化水素（Ｈ２Ｓ）の発生量が少ない。従って、このときにＮＯｘ触媒から流出する排気は硫化水素（Ｈ２Ｓ）をほとんど含まないが、一方で、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を含んでいる。このように炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を含んだ排気が酸素貯蔵剤に流入すると、該酸素貯蔵剤に貯蔵されていた酸素が放出され、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）が酸化される。その後、ＮＯｘ触媒に貯蔵されていた酸素量が減少すると、それに伴い該ＮＯｘ触媒から放出される酸素量が減少するので、ＮＯｘ触媒では還元雰囲気となり硫化水素（Ｈ２Ｓ）の発生量が増加する。
【００６０】
ＮＯｘ触媒下流の酸素貯蔵剤では、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を酸化させるために貯蔵されていた酸素が放出されてしまったため、流入する硫化水素（Ｈ２Ｓ）を酸化させるために必要となる量の酸素が残存していない。従って、硫化水素（Ｈ２Ｓ）を大気中へ放出し、異臭を放つ虞がある。
【００６１】
そこで、本実施の形態では、ＳＯｘ被毒回復処理が開始されてから硫化水素の放出量が増加するまでの所定期間第２排気管２ａへ排気を流通させて、Ｈ２Ｓスイーパー７に貯蔵されていた酸素が放出されないようにした。そして、硫化水素（Ｈ２Ｓ）の発生量が増加したときに、Ｈ２Ｓスイーパー７へ排気を流通させて硫化水素（Ｈ２Ｓ）を酸化させるようにした。
【００６２】
ここで、図２は、本実施の形態によるＳＯｘ毒回復時のフィルタ内及びフィルタ下流の空燃比、並びにＳＯｘ及び硫化水素（Ｈ２Ｓ）の流出量の時間推移を示したタイムチャート図である。
【００６３】
ＳＯｘ被毒回復時には、還元剤の供給によりフィルタ３内に流入する排気の空燃比（以下、フィルタ入ガス空燃比とする。）は、リッチ空燃比に保たれている。一方で、フィルタ３から放出される酸素によりフィルタ３内の排気の空燃比（以下、フィルタ３内ガス空燃比とする。）は、入ガス空燃比よりも高い値となっている。
【００６４】
一方、還元剤の供給とともにフィルタ３の温度が上昇し、ＳＯｘの放出量が増加していく。ＳＯｘ被毒回復処理の開始初期には、フィルタ内ガス空燃比が大きいためＳＯｘが硫化水素（Ｈ２Ｓ）に変化する量は少ない。そして、酸素放出量が減少するに従いフィルタ内ガス空燃比が小さくなり、硫化水素（Ｈ２Ｓ）の発生量が増加してする。このように、ＳＯｘ被毒回復処理を開始してからある程度の時間が経過した後に硫化水素（Ｈ２Ｓ）の発生量が増加する。
【００６５】
本実施の形態では、ＳＯｘ被毒回復処理を開始してから硫化水素（Ｈ２Ｓ）の発生量が増加するまでの期間は、切替弁８を制御して第２排気管２ａに排気を流通させる。一方、硫化水素（Ｈ２Ｓ）の発生量が増加し始めると切替弁８を制御してＨ２Ｓスイーパー７へ排気を流通させる。切替弁８の切り替え時期は、例えば予め求めておいたマップによる算出値、若しくは硫化水素（Ｈ２Ｓ）を検出可能なセンサの設置等により求められる。ここで、前記マップは、機関回転数、機関負荷、排気温度、ＳＯｘ吸蔵量、フィルタ３下流の空燃比等をパラメータとすることができる。機関回転数、機関負荷、排気温度、及びフィルタ３下流の空燃比は、各種センサからの出力信号により求め、ＳＯｘ吸蔵量は、燃料消費量やＮＯｘセンサ（図示省略）からの出力信号、車両走行距離等により求めることができる。ここで、燃料中の硫黄成分によりフィルタ３に担持された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が被毒するので、燃料の消費量を積算してＥＣＵ１２に記憶させ、この燃料の消費量によりＳＯｘ吸蔵量を求めても良い。また、ＳＯｘ被毒が進行すると吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘの吸蔵量が減少し、フィルタ３下流に流通するＮＯｘの量が増大する。従って、フィルタ３の下流にＮＯｘセンサ（図示省略）を設け、この出力信号に基づいてＳＯｘ吸蔵量を求めても良い。更に、車両走行距離に応じてＳＯｘ吸蔵量が増加するとして、該車両走行距離に基づいてＳＯｘ吸蔵量を求めても良い。
【００６６】
このようにして求められたパラメータをマップに代入することにより切替弁８の切り替え時期を求めることが可能となる。このように、ＳＯｘ被毒回復処理開始から硫化水素（Ｈ２Ｓ）の発生量が増加するまでは、第２排気管２ａに排気を流通させて、Ｈ２Ｓスイーパー７に貯蔵された酸素を保持することが可能となる。また、硫化水素（Ｈ２Ｓ）の発生量が増加してからＨ２Ｓスイーパー７へ排気を流通させることにより、Ｈ２Ｓスイーパー７に貯蔵された酸素で硫化水素（Ｈ２Ｓ）を酸化させることが可能となる。
【００６７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＳＯｘ被毒回復処理の開始からある程度の時間が経過した後に発生する硫化水素（Ｈ２Ｓ）を、下流の酸素貯蔵能を有する触媒にて酸化させることができる。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態と比較してＨ２Ｓスイーパー７を迂回する通路を備えていな点で相違する。
【００６８】
図３は、本実施の形態に係るエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。第１の実施の形態と比較してＨ２Ｓスイーパー７を迂回する通路を備えていな点で相違するものの、その他のハードウェアに関する基本構成は第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００６９】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒にセリア等の遷移金属が含まれている場合、ＳＯｘ被毒回復の開始直後に該ＮＯｘ触媒に貯蔵されていた酸素が放出されるため、ＮＯｘ触媒から流出する排気中の酸素濃度が上昇する。この酸素濃度の上昇により、ＳＯｘ被毒回復開始直後では、硫化水素（Ｈ２Ｓ）の発生量が少ない。従って、このときにＮＯｘ触媒から流出する排気は硫化水素（Ｈ２Ｓ）をほとんど含まないが、一方で、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を含んでいる。このように炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を含んだ排気が酸素貯蔵剤に流入すると、該酸素貯蔵剤に貯蔵されていた酸素が放出され、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）が酸化される。その後、ＮＯｘ触媒に貯蔵されていた酸素量が減少すると、それに伴い該ＮＯｘ触媒から放出される酸素量が減少するので、ＮＯｘ触媒では還元雰囲気となり硫化水素（Ｈ２Ｓ）の発生量が増加する。
【００７０】
ＮＯｘ触媒下流の酸素貯蔵剤では、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を酸化させるために貯蔵されていた酸素が既に放出されてしまったため、流入する硫化水素（Ｈ２Ｓ）を酸化させるために必要となる量の酸素が残存していない。従って、硫化水素（Ｈ２Ｓ）を大気中へ放出し、異臭を放つ虞がある。
【００７１】
そこで、本実施の形態では、ＳＯｘ被毒回復処理が開始される前にフィルタ３に貯蔵されている酸素を放出させる。これにより、ＳＯｘ被毒回復処理開始直後から硫化水素（Ｈ２Ｓ）が発生し、また、Ｈ２Ｓスイーパー７には酸素が保持されているため、該硫化水素（Ｈ２Ｓ）を酸化させることが可能となる。
【００７２】
ここで、図４は、本実施の形態によるＳＯｘ毒回復時のフィルタ内及びフィルタ下流の空燃比、並びにＳＯｘ及び硫化水素（Ｈ２Ｓ）の流出量の時間推移を示したタイムチャート図である。
【００７３】
フィルタ３に貯蔵されていた酸素を放出させた後にＳＯｘ被毒回復処理を実施しているため、フィルタ内ガス空燃比は最初から小さい。そのため、ＳＯｘ被毒回復処理開始直後から硫化水素（Ｈ２Ｓ）が発生する。一方、ＳＯｘ被毒回復処理開始前は、Ｈ２Ｓスイーパー７に流入する排気の空燃比が理論空燃比に保たれていたため、該Ｈ２Ｓスイーパー７の酸素貯蔵量はほとんど変化しない。そして、ＳＯｘ被毒回復処理が開始されるとフィルタ３から還元雰囲気の排気が流出するため、該排気によりＨ２Ｓスイーパー７から酸素が放出される。従って、フィルタ３から流出した硫化水素（Ｈ２Ｓ）がこのときに放出される酸素により酸化され、硫化水素（Ｈ２Ｓ）が大気中へ放出されることを抑制することが可能となる。
【００７４】
ここで、本実施の形態では、ＳＯｘ被毒回復処理の開始前に、フィルタ３に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比となり、且つＨ２Ｓスイーパー７に流入する排気の空燃比が理論空燃比若しくはそれ以上のリーン空燃比となるように還元剤の供給量をフィードバック制御する。フィルタ３及びＨ２Ｓスイーパー７に流入する排気の空燃比は、夫々第１空燃比センサ５及び第２空燃比センサ６により検出することができる。
【００７５】
具体的には、ＥＣＵ１２は、記憶されている機関回転数、機関負荷（アクセル開度）、エアフローメータ（図示省略）の出力信号値（吸入空気量）、第１空燃比センサ５の出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【００７６】
次に、ＥＣＵ１２は、前記した機関回転数と機関負荷と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとして還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【００７７】
続いて、ＥＣＵ１２は、前記目標添加量をパラメータとして還元剤噴射弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁９から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁９の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【００７８】
還元剤噴射弁９の目標開弁時間が算出されると、ＥＣＵ１２は、還元剤噴射弁９を開弁させる。
【００７９】
ＥＣＵ１２は、還元剤噴射弁９を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁９を閉弁させる。
【００８０】
このように還元剤噴射弁９が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁９から排気管２内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁９から噴射された還元剤は、排気管２の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空燃比の混合気を形成してフィルタ３に流入する。フィルタ３では、酸素が放出され、酸素濃度が上昇した排気が該フィルタ３から流出する。
【００８１】
ここで、第１空燃比センサ５及び第２空燃比センサ６により検出される排気の空燃比が目標となる空燃比よりも大きい場合には還元剤の供給量を増量し、一方、目標となる空燃比よりも小さい場合には還元剤の供給量を減量する。このようにして、フィルタ３に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比とし、且つＨ２Ｓスイーパー７に流入する排気の空燃比が理論空燃比若しくはリーン空燃比となるように空燃比のフィードバック制御をすることができる。
【００８２】
このような空燃比制御を行うと、フィルタ３に貯蔵されている酸素量が減少していき、フィルタ３から流出する排気の空燃比が小さくなっていく。そこで、本実施の形態では、第１空燃比センサ５及び第２空燃比センサ６から検出される空燃比が略等しくなったときにフィルタ３に貯蔵されていた酸素の放出が完了したとして、ＳＯｘ被毒回復処理を開始する。
【００８３】
このようにして、フィルタ３に貯蔵されていた酸素を予め放出させることにより、ＳＯｘ被毒回復処理開始直後から硫化水素（Ｈ２Ｓ）を発生させることができる。また、Ｈ２Ｓスイーパー７では、ＳＯｘ被毒回復処理が開始されるまで酸素を貯蔵しておくことが可能となり、この酸素によりＳＯｘ被毒回復処理実行時に発生する硫化水素（Ｈ２Ｓ）を酸化させることができる。
【００８４】
以上述べたように、本実施の形態によれば、ＳＯｘ被毒回復処理開始前にＮＯｘ触媒に貯蔵されていた酸素を放出させることにより、ＳＯｘ被毒回復時に発生する硫化水素（Ｈ２Ｓ）を下流のＨ２Ｓスイーパー７にて酸化させることができる。
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して以下の点で相違する。即ち、本実施の形態では、Ｈ２Ｓスイーパー７の上流側に炭化水素（ＨＣ）を吸着させるＨＣ吸着剤１３を備え、且つＨ２Ｓスイーパー７を迂回する通路を備えていない。
【００８５】
図５は、本実施の形態に係るエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。第２空燃比センサ６下流で且つＨ２Ｓスイーパー７上流にＨＣ吸着剤１３を備えている。その他のハードウェアに関する基本構成は、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００８６】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、ＳＯｘ被毒回復処理で添加された燃料の一部がフィルタ３に担持されたＮＯｘ触媒で反応しないまま該フィルタ３を通過する。このフィルタ３を通過した燃料に含まれる炭化水素（ＨＣ）がＨ２Ｓスイーパー７へ流入すると、該Ｈ２Ｓスイーパー７に貯蔵された酸素が放出されてしまう。そこで本実施の形態では、Ｈ２Ｓスイーパー７の上流にＨＣ吸着剤１３を備え、該ＨＣ吸着剤に炭化水素（ＨＣ）を吸着させるようにした。このようにすることで、Ｈ２Ｓスイーパー７に流入する排気にはほとんど炭化水素（ＨＣ）が含まれなくなり、Ｈ２Ｓスイーパー７に酸素を保持することが可能となる。尚、ＨＣ吸着剤１３に吸着された炭化水素（ＨＣ）は、ＳＯｘ被毒回復後のリーン空燃比での通常運転時に排気中の酸素により酸化除去され、次回のＳＯｘ被毒回復時に再度炭化水素（ＨＣ）を吸着することが可能となる。
【００８７】
また、ＳＯｘ被毒回復処理を開始後、硫化水素（Ｈ２Ｓ）の発生量が増加した時には、フィルタ３から炭化水素（ＨＣ）及び硫化水素（Ｈ２Ｓ）が流出する。このような場合であっても、排気中の炭化水素（ＨＣ）がＨＣ吸着剤１３に吸着されるので、Ｈ２Ｓスイーパー７に貯蔵された酸素を効率よく硫化水素（Ｈ２Ｓ）の酸化に利用することができる。
【００８８】
以上述べたように、本実施の形態によれば、Ｈ２Ｓスイーパー７に炭化水素（ＨＣ）が流入することを抑制し、該Ｈ２Ｓスイーパー７に貯蔵された酸素を効率良く硫化水素（Ｈ２Ｓ）の酸化に利用することができる。
【００８９】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、ＳＯｘ被毒回復により発生した硫化水素（Ｈ２Ｓ）を酸素貯蔵手段により貯蔵されていた酸素により酸化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置を適用するエンジンとその吸排気系とを併せ示す概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態によるＳＯｘ毒回復時のフィルタ内及びフィルタ下流の空燃比、並びにＳＯｘ及び硫化水素（Ｈ２Ｓ）の流出量の時間推移を示したタイムチャート図である。
【図３】第２の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置を適用するエンジンとその吸排気系とを併せ示す概略構成図である。
【図４】第２の実施の形態によるＳＯｘ毒回復時のフィルタ内及びフィルタ下流の空燃比、並びにＳＯｘ及び硫化水素（Ｈ２Ｓ）の流出量の時間推移を示したタイムチャート図である。
【図５】第３の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置を適用するエンジンとその吸排気系とを併せ示す概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン
２・・・・排気管
２ａ・・・第２排気管
３・・・・パティキュレートフィルタ
４・・・・排気温度センサ
５・・・・第１空燃比センサ
６・・・・第２空燃比センサ
７・・・・Ｈ２Ｓスイーパー
８・・・・切替弁
９・・・・還元剤噴射弁
１０・・・燃料ポンプ
１１・・・還元剤供給路
１２・・・ＥＣＵ
１３・・・ＨＣ吸着剤
【図１】
2004011493.tif 000003
【図２】
2004011493.tif 000004
【図３】
2004011493.tif 000005
【図４】
2004011493.tif 000006
【図５】
2004011493.tif 000007