(57)【要約】【課題】大気中に排出されるサルフェートの量を低減する。【解決手段】ＮＯＸ触媒を担持したパティキュレートフィルタ下流の排気通路内に補助触媒を配置する。パティキュレートフィルタ上の堆積微粒子を酸化する微粒子酸化制御が行われるのに先立って、補助触媒に付着しているＳＯＸを除去するＳＯＸ除去制御が行われ、ＮＯＸ触媒内の蓄積ＳＯＸ量を減少させる蓄積ＳＯＸ量減少制御が行われるのに先立って、ＳＯＸ除去制御が行われる。ＳＯＸ除去制御では、補助触媒内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡがわずかばかりリッチにされる。【選択図】　　　図６
2004036456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に流入する排気ガス中のＳＯＸを一時的に蓄えるＳＯＸ蓄積剤を配置すると共に、該ＳＯＸ蓄積剤下流の排気通路内に酸化能を有する補助触媒を配置し、ＳＯＸ蓄積剤内に蓄えられているＳＯＸがＳＯＸ蓄積剤から排出されるのに先立って、補助触媒に付着しているＳＯＸを補助触媒から除去するようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記補助触媒に還元剤を供給するための還元剤供給手段を具備し、補助触媒に付着しているＳＯＸを補助触媒から除去するために、補助触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるように還元剤供給手段から補助触媒に還元剤を供給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ＳＯＸ蓄積剤が流入する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上に担持されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記パティキュレートフィルタ上に堆積している微粒子を酸化するためにパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しながらパティキュレートフィルタの温度が上昇されるのに先立って、前記補助触媒に付着しているＳＯＸを補助触媒から除去す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ＳＯＸ蓄積剤を、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量が減少するＮＯＸ触媒から形成した請求項１又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記ＮＯＸ触媒内に硫酸塩の形で蓄えられているＳＯＸがＮＯＸ触媒から排出されるのに先立って、前記補助触媒に付着しているＳＯＸを補助触媒から除去するようにした請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記補助触媒が流入する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上に担持されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【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】
従来より、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する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を配置し、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量が減少するＮＯＸ触媒をこのパティキュレートフィルタ上に担持させると共に、パティキュレートフィルタ下流の排気通路内に酸化能を有する補助触媒を配置した内燃機関が知られている。この補助触媒はＮＯＸ触媒から流出したＨＣ，ＣＯを酸化し、従って大気中に多量のＨＣ，ＣＯが排出されるのが阻止される。
【０００３】
ところで、このような内燃機関では、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するために、パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しながらパティキュレートフィルタの温度が一時的に高められる。一方、詳しくは後述するが、ＮＯＸ触媒内にはＳＯＸが硫酸塩を形成することなく蓄えられており、このＳＯＸはＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリーンであってもＮＯＸ触媒の温度が高くなるとＮＯＸ触媒から排出される。従って、パティキュレートフィルタ上の堆積微粒子を酸化除去する毎にＮＯＸ触媒からＳＯＸが例えばＳＯ２の形で排出されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようにパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子が酸化除去されているときには補助触媒の温度も高くなっており、しかも補助触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるので即ち補助触媒内に流入する排気ガス中の還元剤量が少ないので、このときＮＯＸ触媒から排出されたＳＯ２が補助触媒でサルフェートＳＯ３に酸化され、次いでＳＯ３の形で大気中に排出されるという問題点がある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、大気中に排出されるサルフェートの量を低減することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に流入する排気ガス中のＳＯＸを一時的に蓄えるＳＯＸ蓄積剤を配置すると共に、該ＳＯＸ蓄積剤下流の排気通路内に酸化能を有する補助触媒を配置し、ＳＯＸ蓄積剤に付着しているＳＯＸがＳＯＸ蓄積剤から排出されるのに先立って、補助触媒に付着しているＳＯＸを補助触媒から除去するようにしている。
【０００７】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、前記補助触媒に還元剤を供給するための還元剤供給手段を具備し、補助触媒に付着しているＳＯＸを補助触媒から除去するために、補助触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるように還元剤供給手段から補助触媒に還元剤を供給するようにしている。
【０００８】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、前記ＳＯＸ蓄積剤が流入する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上に担持されている。
【０００９】
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、前記パティキュレートフィルタ上に堆積している微粒子を酸化するためにパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しながらパティキュレートフィルタの温度が上昇されるのに先立って、前記補助触媒に付着しているＳＯＸを補助触媒から除去するようにしている。
【００１０】
また、５番目の発明によれば１番目又は３番目の発明において、前記ＳＯＸ蓄積剤を、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量が減少するＮＯＸ触媒から形成している。
【００１１】
また、６番目の発明によれば１番目の発明において、前記ＮＯＸ触媒内に硫酸塩の形で蓄えられているＳＯＸがＮＯＸ触媒から排出されるのに先立って、前記補助触媒に付着しているＳＯＸを補助触媒から除去するようにしている。
【００１２】
また、７番目の発明によれば１番目の発明において、前記補助触媒が流入する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上に担持されている。
【００１３】
なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯのような還元剤との比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００１５】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１８内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００１６】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は排気管２０ａを介して触媒コンバータ２２に接続される。
【００１７】
図１と共に図２を参照すると、触媒コンバータ２２はステップモータ６０により駆動される切替弁６１を具備し、この切替弁６１の流入ポート６２に排気管２０ａの出口が接続される。また、流入ポート６２に対向する切替弁６１の流出ポート６３には触媒コンバータ２２の排気ガス排出管６４が接続される。切替弁６１は更に、流入ポート６２及び流出ポート６３を結ぶ直線の両側において互いに対向する一対の流入流出ポート６５，６６を有しており、これら流入流出ポート６５，６６には触媒コンバータ２２の環状排気管６７の両端がそれぞれ接続される。なお、排気ガス排出管６４の出口には排気管２３が接続される。
【００１８】
環状排気管６７は排気ガス排出管６４を貫通して延びており、環状排気管６７の排気ガス排出管６４内に位置する部分にはフィルタ収容室６８が形成される。このフィルタ収容室６８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６９が収容される。なお、図２において６９ａ及び６９ｂはパティキュレートフィルタ６９の一端面及び他端面をそれぞれ示している。
【００１９】
パティキュレートフィルタ６９の一端面６９ａを含む触媒コンバータ２２の部分縦断面図を示す図２（Ａ）、及び触媒コンバータ２２の部分横断面図を示す図２（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ６９はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気ガス通路７０，７１を具備する。これら排気ガス通路は一端が開放されかつ他端がシール材７２により閉塞されている排気ガス通路７０と、他端が開放されかつ一端がシール材７３により閉塞されている排気ガス通路７１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分はシール材７３を示している。これら排気ガス通路７０，７１は例えばコージェライトのような多孔質材から形成される薄肉の隔壁７４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス通路７０，７１は各排気ガス通路７０が４つの排気ガス通路７１によって包囲され、各排気ガス通路７１が４つの排気ガス通路７０によって包囲されるように配置される。
【００２０】
パティキュレートフィルタ６９上には後述するようにＮＯＸ触媒８１が担持されている。一方、切替弁６１の流出ポート６３と環状排気管６７が貫通している部分との間の排気ガス排出管６４内には触媒収容室７５が形成されており、この触媒収容室７５内にはハニカム構造の基材に担持された酸化能を有する補助触媒７６が収容される。
【００２１】
また、切替弁６１の流入流出ポート６５とパティキュレートフィルタ６９間の環状排気管６７にはパティキュレートフィルタ６９に還元剤を供給するための電気制御式還元剤供給弁７７が取り付けられる。還元剤供給弁７７には電気制御式の還元剤ポンプ７８から還元剤が供給される。本発明による実施例では還元剤として内燃機関の燃料即ち軽油が用いられている。なお、本発明による実施例では流入流出ポート６６とパティキュレートフィルタ６９間の環状排気管６７に還元剤供給弁が配置されていない。
【００２２】
更に図１を参照すると、排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００２３】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００２４】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。補助触媒下流７６下流の排気ガス排出管６４には補助触媒７６から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ４８が取り付けられ、温度センサ４８の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。この排気ガスの温度は補助触媒７６の温度を表している。排気管２０ａには排気管２０ａ内の圧力、即ち機関背圧を検出するための圧力センサ４９が取り付けられ、圧力センサ４９の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。
【００２５】
一方、出力ポート４６は対応する駆動回路５３を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、燃料ポンプ２８、切替弁駆動用ステップモータ６０、還元剤供給弁７７、及び還元剤剤ポンプ７８にそれぞれ接続される。
【００２６】
切替弁６１は通常、図３（Ｂ）において実線で示される位置と破線で示される位置とのうちいずれか一方に位置せしめられる。切替弁６１が図３（Ｂ）において実線で示される位置に位置せしめられると、流入ポート６２が切替弁６１によって流出ポート６３及び流入流出ポート６６との連通が遮断されながら流入流出ポート６５に連通され、流出ポート６３が切替弁６１によって流入流出ポート６６に連通される。その結果、図３（Ｂ）において実線の矢印で示されるように排気管２０ａ内を流通する全ての排気ガスが流入ポート６２及び流入流出ポート６５を順次介して環状排気管６７内に流入し、次いでパティキュレートフィルタ６９を通過した後に流入流出ポート６６及び流出ポート６３を順次介して排気ガス排出管６４内に流出する。
【００２７】
これに対し、切替弁６１が図３（Ｂ）において破線で示される位置に位置せしめられると、流入ポート６２が切替弁６１によって流出ポート６３及び流入流出ポート６５との連通が遮断されながら流入流出ポート６６に連通され、流出ポート６３が切替弁６１によって流入流出ポート６５に連通される。その結果、図３（Ｂ）において破線の矢印で示されるように排気管２０ａ内を流通する全ての排気ガスが流入ポート６２及び流入流出ポート６６を順次介して環状排気管６７内に流入し、次いでパティキュレートフィルタ６９を通過した後に流入流出ポート６５及び流出ポート６３を順次介して排気ガス排出管６４内に流出する。
【００２８】
このように切替弁６１の位置を切り替えることによって環状排気管６７内における排気ガスの流れが反転する。言い換えると、排気ガスがＮＯＸ触媒８１内にその一端面を介し流入しＮＯＸ触媒８１からその他端面を介し流出するように排気ガスを案内するか、又はＮＯＸ触媒８１内にその他端面を介し流入しＮＯＸ触媒８１からその一端面を介し流出するように排気ガスを案内するかを切り替え可能になっている。以下では、図３（Ｂ）において実線で示される排気ガスの流れを順流と称し、破線で示される排気ガスの流れを逆流と称することにする。また、図３（Ｂ）において実線で示される切替弁６１の位置を順流位置と称し、破線で示される切替弁６１の位置を逆流位置と称する。
【００２９】
流出ポート６６を介し排気ガス排出管６４内に流出した排気ガスは図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、次いで触媒７６を通過し、環状排気管６７の外周面に沿いつつ進行した後に排気管２３内に流出する。
【００３０】
パティキュレートフィルタ６９における排気ガスの流れを説明すると、順流時には排気ガスは一端面６９ａを介しパティキュレートフィルタ６９内に流入し、他端面６９ｂを介しパティキュレートフィルタ６９から流出する。このとき、排気ガスは一端面６９ａ内に開口している排気ガス通路７０内に流入し、次いで周囲の隔壁７４内を通って隣接する排気ガス通路７１内に流出する。一方、逆流時には排気ガスは他端面６９ｂを介しパティキュレートフィルタ６９内に流入し、一端面６９ａを介しパティキュレートフィルタ６９から流出する。このとき、排気ガスは他端面６９ｂ内に開口している排気ガス通路７１内に流入し、次いで周囲の隔壁７４内を通って隣接する排気ガス通路７０内に流出する。
【００３１】
パティキュレートフィルタ６９の隔壁７４上即ち例えば隔壁７４の両側面及び細孔内壁面上には、図４に示されるようにＮＯＸ触媒８１がそれぞれ担持されている。このＮＯＸ触媒８１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。
【００３２】
ＮＯＸ触媒は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【００３３】
ＮＯＸ触媒の蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【００３４】
即ち、ＮＯＸ触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素Ｏ２がＯ２−又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ２−又はＯ２−と反応し、ＮＯ２となる（ＮＯ＋Ｏ２→ＮＯ２＋Ｏ＊、ここでＯ＊は活性酸素）。次いで生成されたＮＯ２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯＸ触媒内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ＮＯＸ触媒内に拡散する。このようにしてＮＯＸがＮＯＸ触媒内に蓄えられる。
【００３５】
これに対し、ＮＯＸ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ３−→ＮＯ＋２Ｏ＊）に進み、斯くしてＮＯＸ触媒内の硝酸イオンＮＯ３−がＮＯの形でＮＯＸ触媒から放出される。この放出されたＮＯＸは排気ガス中に還元剤即ちＨＣ，ＣＯが含まれているとこれら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ＮＯＸが存在しなくなるとＮＯＸ触媒から次から次へとＮＯＸが放出されて還元され、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているＮＯＸの量が次第に減少する。
【００３６】
なお、硝酸塩を形成することなくＮＯＸを蓄え、ＮＯＸを放出することなくＮＯＸを還元することも可能である。また、活性酸素Ｏ＊に着目すれば、ＮＯＸ触媒はＮＯＸの蓄積及び放出に伴って活性酸素Ｏ＊を生成する活性酸素生成触媒と見ることもできる。
【００３７】
一方、補助触媒７６は本発明による実施例では、アルカリ金属、アルカリ土類、及び希土類を含むことなく貴金属例えば白金Ｐｔを含む貴金属触媒から形成される。しかしながら、補助触媒７６を上述したＮＯＸ触媒から形成してもよい。
【００３８】
ここで、パティキュレートフィルタ６９は環状排気管６７のほぼ中央部に配置されており、即ち切替弁６１の流入ポート６２からパティキュレートフィルタ６９までの距離と、パティキュレートフィルタ６９から流出ポート６３までの距離とが切替弁６１が順流位置にあるときと逆流位置にあるときとでほとんど変わらない。このことはパティキュレートフィルタ６９の状態例えば温度が切替弁６１が順流位置にあるときと逆流位置にあるときとでほとんど変わらないことを意味しており、従って切替弁６１の位置に応じた特別な制御を必要としない。
【００３９】
本発明による実施例では、機関低負荷運転が行われる毎に切替弁６１が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられる。このようにすると、後の説明からわかるように、パティキュレートフィルタ６９及びＮＯＸ触媒８１を迂回する微粒子及びＮＯＸの量を低減することができる。
【００４０】
上述したように順流時であろうと逆流時であろうと排気ガスはパティキュレートフィルタ６９を通過する。また、図１に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、従ってパティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持されている。その結果、排気ガス中のＮＯＸはパティキュレートフィルタ６９上のＮＯＸ触媒８１内に蓄えられる。
【００４１】
時間の経過と共にＮＯＸ触媒８１内の蓄積ＮＯＸ量は次第に増大する。そこで本発明による実施例では、例えばＮＯＸ触媒８１内の蓄積ＮＯＸ量が許容量を越えたときにはＮＯＸ触媒８１内に蓄えられているＮＯＸを還元しＮＯＸ触媒８１内の蓄積ＮＯＸ量を減少させるために還元剤供給弁７７からＮＯＸ触媒８１に還元剤即ち還元剤を一時的に供給するようにしている。この場合、ＮＯＸ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる。
【００４２】
一方、排気ガス中に含まれる主に炭素の固体からなる微粒子はパティキュレートフィルタ６９上に捕集される。即ち、概略的に説明すると、順流時には排気ガス通路７０側の隔壁７４の側面上及び細孔内に微粒子が捕集され、逆流時には排気ガス通路７１側の隔壁７４の側面上及び細孔内に微粒子が捕集される。図１に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、また、ＮＯＸ触媒８１は酸化能を有しているので、パティキュレートフィルタ６９の温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば２５０℃以上に維持されていれば、パティキュレートフィルタ６９上で微粒子が酸化せしめられ除去される。
【００４３】
この場合、上述したＮＯＸ触媒８１のＮＯＸの蓄積還元メカニズムによれば、ＮＯＸ触媒８１内にＮＯＸが蓄えられるときにもＮＯＸが放出されるときにも活性酸素が生成される。この活性酸素は酸素Ｏ２よりも活性が高く、従ってパティキュレートフィルタ６９上に堆積している微粒子を速やかに酸化する。即ち、パティキュレートフィルタ６９上にＮＯＸ触媒８１を担持させると、パティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの空燃比がリーンであろうとリッチであろうとパティキュレートフィルタ６９上に堆積している微粒子が酸化される。このようにして微粒子が連続的に酸化される。
【００４４】
ところが、パティキュレートフィルタ６９の温度が微粒子を酸化しうる温度に維持されなくなるか又は単位時間当たりにパティキュレートフィルタ６９内に流入する微粒子の量がかなり多くなると、パティキュレートフィルタ６９上に堆積する微粒子の量が次第に増大し、パティキュレートフィルタ６９の圧損が増大する。
【００４５】
そこで本発明による実施例では、例えばパティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量が許容最大量を越えたときには、パティキュレートフィルタ６９に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつパティキュレートフィルタ６９の温度を微粒子酸化要求温度ＴＮＰ例えば６００℃以上まで上昇し次いで微粒子酸化要求温度ＴＮＰ以上に維持する微粒子酸化制御が行われる。この微粒子酸化制御が行われるとパティキュレートフィルタ６９上に堆積した微粒子が着火燃焼せしめられ除去される。なお、図１に示される実施例では、切替弁６１が順流位置又は逆流位置に保持されているときに圧力センサ４９により検出される機関背圧が許容値を越えたときにパティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量が許容最大量を越えたと判断される。
【００４６】
具体的に説明すると、図１に示される実施例では、切替弁６１を順流位置に保持しながら、パティキュレートフィルタ６９に流入する排気ガスの空燃比がリーンに維持されつつパティキュレートフィルタ６９の温度が微粒子酸化要求温度ＴＮＰ以上まで上昇され次いで微粒子酸化要求温度ＴＮＰ以上に維持されるように、還元剤供給弁７７から還元剤が供給される。この還元剤はパティキュレートフィルタ６９上で酸化され、その結果パティキュレートフィルタ６９の温度ＴＮが微粒子酸化要求温度ＴＮＰ以上に上昇され、維持される。
【００４７】
ところで、排気ガス中にはイオウ分がＳＯＸの形で含まれており、ＮＯＸ触媒８１内にはＮＯＸばかりでなくＳＯＸも蓄えられる。このＳＯＸのＮＯＸ触媒８１内への蓄積メカニズムはＮＯＸの蓄積メカニズムと同じであると考えられる。即ち、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると、ＮＯＸ触媒８１に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには上述したように酸素Ｏ２がＯ２−又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気ガス中のＳＯ２は白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ２−又はＯ２−と反応し、ＳＯ３となる。次いで生成されたＳＯ３は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯＸ触媒８１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ＳＯ４−の形でＮＯＸ触媒８１内に拡散する。この硫酸イオンＳＯ４−は次いでバリウムイオンＢａ＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ４を生成する。
【００４８】
この硫酸塩ＢａＳＯ４は分解しにくく、ＮＯＸ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比をただ単にリッチにしてもＮＯＸ触媒８１内の硫酸塩ＢａＳＯ４の量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてＮＯＸ触媒８１内の硫酸塩ＢａＳＯ４の量が増大し、その結果ＮＯＸ触媒８１が蓄えうるＮＯＸの量が減少することになる。
【００４９】
ところが、ＮＯＸ触媒８１の温度を５５０℃以上に維持しつつＮＯＸ触媒８１に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチにすると、ＮＯＸ触媒８１内の硫酸塩ＢａＳＯ４が分解してＳＯ３の形でＮＯＸ触媒８１から放出される。この放出されたＳＯ３は排気ガス中に還元剤即ちＨＣ，ＣＯが含まれているとこれらＨＣ，ＣＯと反応してＳＯ２に還元せしめられる。このようにしてＮＯＸ触媒８１内に硫酸塩ＢａＳＯ４の形で蓄えられているＳＯＸの量が次第に減少し、このときＮＯＸ触媒８１からＳＯＸがＳＯ３の形で流出することがない。
【００５０】
そこで本発明による実施例では、例えばＮＯＸ触媒８１内の蓄積ＳＯＸ量が許容量を越えたときには、ＮＯＸ触媒８１内の蓄積ＳＯＸ量を減少させるために、ＮＯＸ触媒８１に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチに維持しつつＳＯＸ量減少要求温度ＴＮＳ例えば５５０℃以上に維持する蓄積ＳＯＸ量減少制御が行われる。
【００５１】
具体的に説明すると、図１に示される実施例では、切替弁６１を図５に示されるような弱順流位置に保持しながら、ＮＯＸ触媒８１内に流入する排気ガスの平均空燃比がわずかばかりリッチに維持されつつＮＯＸ触媒８１の温度がＳＯＸ量減少要求温度ＴＮＳ以上に維持されるように、還元剤供給弁７７から還元剤を供給するようにしてもよい。切替弁６１が弱順流位置に保持されると、図５に矢印で示されるように排気管２０ａ内を流通した排気ガスのうちわずかばかりの排気ガスが流入流出ポート６５を介し環状排気管６７内に流入し、次いでＮＯＸ触媒８１内を順流方向に流通し、残りの大部分の排気ガスが流入ポート６２から流出ポート６３を介し直接的に排気ガス排出管６４内に流出し即ちＮＯＸ触媒８１を迂回して補助触媒７６内に流入する。なお、本発明による実施例では、燃料噴射弁６から供給された燃料及び還元剤供給弁７７から供給された還元剤（燃料）の積算値が求められ、この積算値が予め定められたしきい値を越えたときにＮＯＸ触媒８１内の蓄積ＳＯＸ量が許容量を越えたと判断される。
【００５２】
ところが、蓄積ＳＯＸ量減少制御が行われるときにパティキュレートフィルタ６９上に微粒子が堆積していると、この堆積微粒子の温度が高くされつつ堆積微粒子に比較的多量の還元剤が供給されることになる。その結果、堆積微粒子がいわゆる異常燃焼を起こし、パティキュレートフィルタ６９が溶損する恐れがある。
【００５３】
そこで本発明による実施例のＳＯＸ制御では、ＮＯＸ触媒８１内の蓄積ＳＯＸ量が許容量を越えたときにはまず微粒子酸化制御を行い、次いで蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うようにしている。即ち、蓄積ＳＯＸ量減少制御が行われる前にパティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子が除去される。
【００５４】
次に、図６を参照しながら本発明による実施例を説明する。図６においてＱＲは還元剤供給弁７７から供給される還元剤の量、ＡＦＡは補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比、ＡＦＮはＮＯＸ触媒８１内ないしパティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの平均空燃比、ＴＡは補助触媒７６の温度、ＴＮはＮＯＸ触媒８１ないしパティキュレートフィルタ６９の温度、ＴｉｎはＮＯＸ触媒８１内ないしパティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの温度をそれぞれ表している。
【００５５】
図６において矢印Ｘで示されるようにＮＯＸ触媒８１内の蓄積ＳＯＸ量ＱＳが許容量ＱＳＵを越えるとまず、補助触媒７６に付着しているＳＯＸを除去するためのＳＯＸ除去制御が行われる。即ち、切替弁６１が例えば順流位置から逆流位置に切り替えられて保持され、矢印Ｒで示されるように還元剤供給弁７７から還元剤が間欠的に供給される。その結果、還元剤がパティキュレートフィルタ６９及びＮＯＸ触媒８１に到ることなく、補助触媒７６内に流入する。このとき還元剤供給弁７７から供給される還元剤の量ＱＲは補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡをわずかばかりリッチにするのに必要なＱＲＲとされる。なお、この場合にはＮＯＸ触媒８１内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＮはリーンに維持されている。また、還元剤が補助触媒７６内で酸化されるので補助触媒７６の温度ＴＡが若干上昇する。
【００５６】
次いで、図６において矢印ＸＸで示されるように補助触媒７６内の付着ＳＯＸ量が例えばほぼゼロになるとＳＯＸ除去制御が完了され、直ちに微粒子酸化制御が開始される。即ち、切替弁６１が逆流位置から順流位置に切り替えられて保持され、矢印Ｒで示されるように還元剤供給弁７７から還元剤が間欠的に供給される。このとき還元剤供給弁７７から供給される還元剤の量ＱＲは切替弁６１が順流位置にあるときにパティキュレートフィルタ６９の温度ＴＮを上述した微粒子酸化要求温度ＴＮＰ以上に維持するのに必要なＱＲＰとされる。その結果、パティキュレートフィルタ６９の温度ＴＮが上昇し、微粒子酸化要求温度ＴＮＰ以上に維持される。この場合、補助触媒７６の温度ＴＡはパティキュレートフィルタ６９の温度ＴＮとほぼ同じになっている。また、補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡがリーンに戻され、ＮＯＸ触媒８１内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＮが若干小さくなる。
【００５７】
次いで、図６において矢印Ｙで示されるようにパティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量が例えばほぼゼロになると微粒子酸化制御が完了され、直ちにＳＯＸ除去制御が再び行われる。即ち、上述したように、切替弁６１が順流位置から逆流位置に切り替えられて保持され、ＱＲ＝ＱＲＲのもとでの還元剤供給作用が行われ、このとき補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡがわずかばかりリッチにされる。
【００５８】
次いで、図６において矢印ＹＹで示されるように補助触媒７６内の付着ＳＯＸ量が例えばほぼゼロになるとＳＯＸ除去制御が完了され、直ちに蓄積ＳＯＸ量減少制御が開始される。即ち、切替弁６１を弱順流位置に保持しながら、矢印Ｒで示されるように還元剤供給弁７７から還元剤が間欠的に供給される。このとき還元剤供給弁７７から供給される還元剤の量ＱＲはＮＯＸ触媒８１内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＮをわずかばかりリッチに維持しつつＮＯＸ触媒８１の温度ＴＮをＳＯＸ量減少要求温度ＴＮＳ以上に維持するのに必要なＱＲＳとされる。この場合、比較的多量の排気ガスがＮＯＸ触媒８１を迂回しており、従って補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡはリーンに維持されている。また、ＮＯＸ触媒８１を迂回する排気ガスの温度は低いので、蓄積ＳＯＸ量減少制御が行われると補助触媒７６の温度ＴＡが低下する。
【００５９】
次いで、図６において矢印Ｚで示されるようにＮＯＸ触媒８１内の蓄積ＳＯＸ量が例えばほぼゼロになると蓄積ＳＯＸ量減少制御が完了される。この場合、切替弁６１が例えば順流位置に切り替えられ、還元剤供給弁７７からの還元剤供給作用が停止される。
【００６０】
このように本発明による実施例では、微粒子酸化制御が行われるのに先立ってＳＯＸ除去制御が行われ、蓄積ＳＯＸ量減少制御が行われるのに先立ってＳＯＸ除去制御が行われる。このようにすると、補助触媒７６から排出されるサルフェートＳＯ３の量を低減することができる。これは次の理由による。
【００６１】
即ち、本願発明者らによれば、ＮＯＸ触媒８１内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＮがリーンに維持されていてもＮＯＸ触媒８１の温度ＴＮが高くなると、ＮＯＸ触媒８１から流出する排気ガス中のＳＯＸ濃度がＮＯＸ触媒８１内に流入する排気ガス中のＳＯＸ濃度よりも一時的に高くなることが確認されている。このことは、ＮＯＸ触媒８１の温度が高くなるとＮＯＸ触媒８１内に蓄えられているＳＯＸが排出され、このＳＯＸは硫酸塩ＢａＳＯ４を形成することなく蓄えられているということを意味している。
【００６２】
このようなＳＯＸがどのような形でＮＯＸ触媒８１内に蓄えられるのかは必ずしも明らかではないが、次のようにして蓄えられると考えられている。即ち、上述したようにＮＯＸ触媒８１内に流入する排気ガス中のＳＯ２はまず例えば白金Ｐｔ表面上に付着した後に硫酸塩ＢａＳＯ４の形で蓄えられる。ところが硫酸塩ＢａＳＯ４の形で蓄えられているＳＯＸの量が多くなると、白金Ｐｔ表面上に付着しているＳＯ２が硫酸塩ＢａＳＯ４になりにくくなり、ＳＯ２のまま白金Ｐｔ表面上に付着し続ける。このようにしてＳＯＸが硫酸塩ＢａＳＯ４を形成することなく蓄えられる。
【００６３】
そうすると、ＮＯＸ触媒８１内には硫酸塩ＢａＳＯ４の形で蓄えられるＳＯＸもあれば、硫酸塩ＢａＳＯ４を形成することなく蓄えられるＳＯＸもあるということになる。従って、一般的に言うと、ＮＯＸ触媒８１は流入する排気ガス中のＳＯＸを硫酸塩の形か又は硫酸塩を形成しない形かのいずれかで蓄えるＳＯＸ蓄積剤として作用することになる。
【００６４】
微粒子酸化制御が開始されてＮＯＸ触媒８１の温度ＴＮが高くなると、硫酸塩ＢａＳＯ４を形成することなく蓄えられているＳＯＸがＮＯＸ触媒８１から一気に放出され、このＳＯＸは次いで補助触媒７６内に流入する。
【００６５】
一方、補助触媒７６内に流入したＳＯＸは補助触媒７６の例えば白金表面上に一旦付着し、白金表面から離脱して補助触媒７６から排出され、このときＳＯＸが補助触媒７６に付着している時間は補助触媒７６に付着しているＳＯＸの量が多くなると短くなると考えられている。また、ＳＯＸが補助触媒７６の白金表面上に付着しているとき又は白金表面から離脱するときに補助触媒７６内に流入する排気ガス中の還元剤量が少なく又は補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡがリーンであると、ＳＯＸがサルフェートＳＯ３の形で補助触媒７６から排出される恐れがある。
【００６６】
微粒子酸化制御が開始される前の補助触媒７６内には、先の蓄積ＳＯＸ量減少制御中にＮＯＸ触媒８１から排出されたＳＯＸや、通常運転時にＮＯＸ触媒８１を通過したＳＯＸが流入しており、このため微粒子酸化制御を開始すべきときの補助触媒７６には多量のＳＯＸが付着している。
【００６７】
従って、この状態で微粒子酸化制御が行われて補助触媒７６内に多量のＳＯＸが流入すると、このＳＯＸは直ちに補助触媒７６から排出され、このとき上述したように補助触媒７６内に流入する還元剤量が少なく又は補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡがリーンになっているので、多量のサルフェートＳＯ３が補助触媒７６から排出される恐れがある。
【００６８】
一方、補助触媒７６内に流入する還元剤の量を増大させ又は補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡをリッチにすると、補助触媒７６に付着しているＳＯＸが補助触媒７６から除去され、このときＳＯＸがＳＯ２の形で補助触媒７６から排出される。
【００６９】
そこで本発明による実施例では、図６に示されるように微粒子酸化制御を行うのに先立って、補助触媒７６に付着しているＳＯＸを除去するＳＯＸ除去制御を行うようにしている。具体的には、上述したように補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡがわずかばかりリッチになるように還元剤が供給される。その結果、補助触媒７６の付着ＳＯＸ量が例えばほぼゼロまで減少し、このとき補助触媒７６からサルフェートＳＯ３が排出されない。
【００７０】
ＳＯＸ除去制御が完了すると引き続いて微粒子酸化制御が開始され、このとき補助触媒７６内に流入した多量のＳＯＸは補助触媒７６に付着し、補助触媒７６から少しずつ排出される。従って、補助触媒７６から多量のサルフェートＳＯ３が排出されるのを阻止することができる。
【００７１】
同様に、蓄積ＳＯＸ量減少制御を開始すべきときにも補助触媒７６に多量のＳＯＸが付着しており、蓄積ＳＯＸ量減少制御が行われるとＮＯＸ触媒８１内に硫酸塩ＢａＳＯ４の形で蓄えられていたＳＯＸがＮＯＸ触媒８１から一気に排出され、次いで補助触媒７６内に流入する。また、このとき補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡはリーンになっている。
【００７２】
そこで本発明による実施例では、図６に示されるように微粒子酸化制御が完了した後、蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うのに先立ってＳＯＸ除去制御を行うようにしている。従って、この場合にも補助触媒７６から多量のサルフェートＳＯ３が排出されるのを阻止することができる。
【００７３】
本発明による実施例では、上述したようにパティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量が許容最大量を越えたときにも微粒子酸化制御が行われる。この場合にも、微粒子酸化制御が行われるのに先立ってＳＯＸ除去制御が行われる。
【００７４】
図７は本発明による実施例のＳＯＸ制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。図７を参照すると、まずステップ２００ではＮＯＸ触媒８１内の蓄積ＳＯＸ量ＱＳが許容量ＱＳＵを越えたか否かが判別される。ＱＳ≦ＱＳＵのときには処理サイクルを終了し、ＱＳ＞ＱＳＵのときには次いでステップ２０１に進み、図９を参照して後述するＳＯＸ除去制御ルーチンが実行される。続くステップ２０２では図１０を参照して後述する微粒子酸化制御ルーチンが実行される。続くステップ２０３では図９を参照して後述するＳＯＸ除去制御ルーチンが再度実行される。続くステップ２０４では図１１を参照して後述する蓄積ＳＯＸ量減少制御ルーチンが実行される。
【００７５】
図８は本発明による実施例の微粒子制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。図８を参照すると、まずステップ２１０ではパティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量ＱＰＭが許容量ＱＰＭＵを越えたか否かが判別される。ＱＰＭ≦ＱＰＭＵのときには処理サイクルを終了し、ＱＰＭ＞ＱＰＭＵのときには次いでステップ２１１に進み、図９を参照して後述するＳＯＸ除去制御ルーチンが実行される。続くステップ２１２では図１０を参照して後述する微粒子酸化制御ルーチンが実行される。
【００７６】
図９は上述したＳＯＸ除去制御ルーチンを示している。図９を参照すると、まずステップ２２０では切替弁６１が逆流位置に切り替えられ又は保持される。続くステップ２２１では還元剤供給量ＱＲが上述したＱＲＲに設定される。続くステップ２２２では還元剤供給弁７７から還元剤供給量ＱＲだけ還元剤が供給される。続くステップ２２３ではＳＯＸ除去制御を完了すべきか否かが判別される。本発明による実施例では、ＳＯＸ除去制御が開始されてから、補助触媒７６に付着しているＳＯＸの量をほぼゼロにするのに必要な時間だけ経過したときにＳＯＸ除去制御を完了すべきであると判断される。この必要な時間は予め実験により求めておくことができる。ＳＯＸ除去制御を完了すべきであると判断されるまでステップ２２２に戻って還元剤が繰り返し供給され、ＳＯＸ除去制御を完了すべきであると判断されると処理サイクルを終了する。
【００７７】
図１０は上述した微粒子酸化制御ルーチンを示している。図１０を参照すると、まずステップ２３０では切替弁６１が順流位置に切り替えられ又は保持される。続くステップ２３１では還元剤供給量ＱＲが上述したＱＲＰに設定される。続くステップ２３２では還元剤供給弁７７から還元剤供給量ＱＲだけ還元剤が供給される。続くステップ２３３では微粒子酸化制御を完了すべきか否かが判別される。本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量がほぼゼロになったときに微粒子酸化制御を完了すべきであると判断される。微粒子酸化制御を完了すべきであると判断されるまでステップ２３２に戻って還元剤が繰り返し供給され、微粒子酸化制御を完了すべきであると判断されると処理サイクルを終了する。
【００７８】
図１１は上述した蓄積ＳＯＸ量減少制御ルーチンを示している。図１１を参照すると、まずステップ２４０では切替弁６１が弱順流位置に切り替えられる。続くステップ２４１では還元剤供給量ＱＲが上述したＱＲＳに設定される。続くステップ２４２では還元剤供給弁７７から還元剤供給量ＱＲだけ還元剤が供給される。続くステップ２４３では蓄積ＳＯＸ量減少制御を完了すべきか否かが判別される。本発明による実施例では、ＮＯＸ触媒８１内の蓄積ＳＯＸ量がほぼゼロになったときに蓄積ＳＯＸ量減少制御を完了すべきであると判断される。蓄積ＳＯＸ量減少制御を完了すべきであると判断されるまでステップ２４２に戻って還元剤が繰り返し供給され、蓄積ＳＯＸ量減少制御を完了すべきであると判断されると処理サイクルを終了する。
【００７９】
次に、本発明による別の実施例のＳＯＸ除去制御を説明する。
【００８０】
上述したＳＯＸ除去制御では、補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡをリッチにするために、還元剤供給弁７７から還元剤を供給するようにしている。
【００８１】
しかしながら、この目的のために、排気管２０ａ内を流通する排気ガスの平均空燃比をリッチとなるようにしてもよく、即ち排気マニホルド１９内又は排気管２０，２１内に還元剤を供給してもよいし、或いは内燃機関から排出される排気ガスの平均空燃比をリッチにしてもよい。ここで、内燃機関から排出される排気ガスの平均空燃比をリッチにするためには、燃焼室５内に供給される混合気の空燃比をリッチにする方法もあれば、燃焼行程又は排気行程に燃料噴射弁６から追加の燃料を噴射する方法もある。
【００８２】
本発明による別の実施例では、この追加の燃料を噴射する方法により補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡがわずかばかりリッチになるようにしている。次に、図１２を参照して本発明による別の実施例を詳しく説明する。図１２において、ＱＰは燃焼行程又は排気行程に燃料噴射弁６から噴射される追加の燃料量、ＡＦＥは内燃機関から排出される排気ガスの平気空燃比をそれぞれ示している。
【００８３】
図１２において矢印Ｘで示されるようにＮＯＸ触媒８１内の蓄積ＳＯＸ量ＱＳが許容量ＱＳＵを越えると、又は矢印Ｙで示されるように微粒子酸化制御が完了するとＳＯＸ除去制御が行われる。即ち、切替弁６１が例えば順流位置からバイパス位置に切り替えられて保持され、矢印Ｐで示されるように燃料噴射弁６から燃焼行程又は排気行程に追加の燃料が噴射される。切替弁６１がバイパス位置に保持されると、図１３に示されるように排気管２０ａ内を流通した全ての排気ガスが流入ポート６２から流出ポート６３を介し直接的に排気ガス排出管６４内に流出し即ちＮＯＸ触媒８１及びパティキュレートフィルタ６９を迂回し、排気ガスがＮＯＸ触媒８１内及びパティキュレートフィルタ６９内を流通しない。このように、切替弁６１がバイパス位置に保持されているときには、切替弁６１の流入ポート６２から流出ポート６３までの排気ガス流路はパティキュレートフィルタ６９を迂回するバイパス通路として作用することになる。その結果、内燃機関から排出された排気ガス中に含まれる多量の還元剤がＮＯＸ触媒８１を迂回し、従って補助触媒７６内に流入する前にＮＯＸ触媒８１内で酸化され消費されるのが阻止される。
【００８４】
このとき追加の燃料量ＱＰは補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡをわずかばかりリッチにするのに必要なＱＲＲ’とされる。なお、この場合には補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡは内燃機関から排出される排気ガスの平均空燃比ＡＦＥに一致している。
【００８５】
図１４は上述した本発明による別の実施例のＳＯＸ除去制御ルーチンを示している。なお、この実施例においても図７に示されるＳＯＸ制御ルーチン及び図８に示される微粒子制御ルーチンが実行され、これらルーチンのステップ２０１，２０３，２１１において図１４のＳＯＸ除去制御ルーチンが実行される。図１４を参照すると、まずステップ２５０では切替弁６１がバイパス位置に切り替えられる。続くステップ２５１では追加の燃料噴射量ＱＰが上述したＱＲＲ’に設定される。続くステップ２５２では燃焼行程又は排気行程に燃料噴射弁６からＱＰだけ追加の燃料が噴射される。続くステップ２５３ではＳＯＸ除去制御を完了すべきか否かが判別される。ＳＯＸ除去制御を完了すべきであると判断されるまでステップ２５２に戻って追加の燃料が繰り返し噴射され、ＳＯＸ除去制御を完了すべきであると判断されると処理サイクルを終了する。
【００８６】
これまで述べてきた本発明による実施例は例えば図１５に示される内燃機関にも適用することができる。
【００８７】
図１５に示される内燃機関では、排気管２０ａの出口にケーシング１６８が接続され、このケーシング１６７は排気管２０ｃを介してケーシング１７５に接続され、ケーシング１７５は排気管２３に接続される。これらケーシング１６８，１７５内にはＮＯＸ触媒８１を担持したパティキュレートフィルタ６９、及び補助触媒７６がそれぞれ収容される。
【００８８】
排気管２０ａからバイパス管１８５が分岐されており、このバイパス管１８５の流出端は排気管２０ｃに開口している。また、バイパス管１８５の流入端が開口している排気管２０ａの部分には、図示しない電子制御ユニットによって制御される切替弁１６１が配置される。更に、バイパス管１８５の流入端とパティキュレートフィルタ６９間の排気管２０ａに還元剤供給弁７７が配置される。
【００８９】
切替弁１６１は通常、図１６に実線で示される通常位置に保持される。切替弁１６１がこの通常位置に保持されると、バイパス管１８５が遮断され、排気管２０ａ内に流入したほぼ全ての排気ガスがパティキュレートフィルタ６９内に導かれる。従って、切替弁１６１の通常位置は図１の内燃機関における切替弁６１の順流位置又は逆流位置に相当する。
【００９０】
この内燃機関でも、微粒子酸化制御が行われるのに先立ってＳＯＸ除去制御が行われ、蓄積ＳＯＸ量減少制御が行われるのに先立ってＳＯＸ除去制御が行われる。微粒子酸化制御を行うべきときには、切替弁１６１を通常位置に保持しながら還元剤供給弁７７から還元剤が供給される。また、蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うべきときには、切替弁１６１を図１６に一点鎖線で示される弱流位置に保持しながら還元剤供給弁７７から還元剤が供給される。切替弁１６１が弱流位置に保持されると、排気管２０ａ内に流入した排気ガスのわずかな一部がパティキュレートフィルタ６９内に導かれ残りの排気ガスがバイパス管１８５内に導かれる。従って、切替弁１６１の弱流位置は図１の内燃機関における切替弁６１の弱順流位置に相当する。
【００９１】
ＳＯＸ除去制御を行うべきときには切替弁１６１を図１６に破線で示されるバイパス位置に保持しながら、内燃機関から排出される排気ガスの平均空燃比がリッチにされる。切替弁１６１がバイパス位置に保持されると、バイパス管１８５が開放され、排気管２０ａ内に流入したほぼ全ての排気ガスがパティキュレートフィルタ６９を迂回する。従って、切替弁１６１のバイパス位置は図１の内燃機関における切替弁６１のバイパス位置に相当する。
【００９２】
図１７に示されるように、ケーシング１６８内にＮＯＸ触媒８１を収容し、ケーシング１７５内に補助触媒７６を担持したパティキュレートフィルタ６９が収容することもできる。
【００９３】
従って、一般的に言うと、排気通路内にＮＯＸ触媒を配置すると共にＮＯＸ触媒下流の排気通路内に補助触媒を配置し、ＮＯＸ触媒上流の排気通路から分岐してＮＯＸ触媒と補助触媒間の排気通路に到るバイパス通路を設け、バイパス通路内を流通する排気ガスの量を制御することによりＮＯＸ触媒内を流通する排気ガスの量を制御するための切替弁を設け、バイパス通路の分岐部分とＮＯＸ触媒間の排気通路内に還元剤を供給するための還元剤供給弁を配置しているということになる。
【００９４】
その上で、図１に示される内燃機関では、排気ガスがＮＯＸ触媒内にその一端面を介し流入しＮＯＸ触媒からその他端面を介し流出するように排気ガスを案内するか、又はＮＯＸ触媒内にその他端面を介し流入しＮＯＸ触媒からその一端面を介し流出するように排気ガスを案内するかを切り替えているということになる。
【００９５】
【発明の効果】
大気中に排出されるサルフェートの量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】触媒コンバータの構造を示す図である。
【図３】切替弁が順流位置又は逆流位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図４】パティキュレートフィルタの隔壁の部分拡大断面図である。
【図５】切替弁が弱順流位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図６】本発明による実施例を説明するためのタイムチャートである。
【図７】本発明による実施例のＳＯＸ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】本発明による実施例の微粒子酸化制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】本発明による実施例のＳＯＸ除去制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】本発明による実施例の微粒子酸化制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】本発明による実施例の蓄積ＳＯＸ量減少制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】本発明による別の実施例を説明するためのタイムチャートである。
【図１３】切替弁がバイパス位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図１４】本発明による別の実施例のＳＯＸ除去制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】別の実施例を示す図である。
【図１６】図１５に示される実施例の切替弁の位置を説明するための図である。
【図１７】別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
２０ａ…排気管
２２…触媒コンバータ
６１…切替弁
６４…排気ガス排出管
６７…環状排気管
６９…パティキュレートフィルタ
７６…補助触媒
７７…還元剤供給弁
８１…ＮＯＸ触媒
【図１】
2004036456.tif 000003
【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】
2004036456.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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