(57)【要約】【課題】硫黄成分保持剤の離脱開始温度を常に正確に把握することができる排気浄化装置を提供する。【解決手段】本発明の排気浄化装置では内燃機関の排気通路上に硫黄成分保持剤５１が配置される。硫黄成分保持剤は流入する排気ガスの空燃比がリーンであると流入する排気ガスに含まれる硫黄成分を保持し、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であって硫黄成分保持剤の温度が離脱開始温度以上であると保持している硫黄成分を離脱させる。離脱開始温度は硫黄成分保持剤が保持している硫黄成分の量に応じて変化する。そして、硫黄成分保持剤が保持している硫黄成分の量から硫黄成分保持剤の離脱開始温度を推定するようにした。【選択図】　　　図１
2004084613.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であると流入する排気ガスに含まれる硫黄成分を保持し、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であって硫黄成分保持剤の温度が離脱開始温度以上であると保持している硫黄成分を離脱させる硫黄成分保持剤を内燃機関の排気通路上に配置し、上記離脱開始温度は硫黄成分保持剤が保持している硫黄成分の量に応じて変化する内燃機関の排気浄化装置において、
硫黄成分保持剤が保持している硫黄成分の量から硫黄成分保持剤の離脱開始温度を推定するようにした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のときに排気ガス中のＮＯｘを保持するＮＯｘ保持剤を上記硫黄成分保持剤の排気下流に配置し、上記ＮＯｘ保持剤をバイパスするためのバイパス通路と、ＮＯｘ保持剤に流入する排気ガスの流量を調整する流量調整弁とを具備し、上記硫黄成分保持剤の温度が離脱開始温度以上であるときには排気ガスの少なくとも大部分がバイパス通路に流入するように流量調整弁を調整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】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘおよび硫黄成分を保持し、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であるときには流入する排気ガスに含まれる硫黄成分を保持しないＮＯｘ保持剤を上記硫黄成分保持剤の排気下流に配置し、さらにＮＯｘ保持剤に流入する排気ガスの空燃比を調整するための空燃比制御手段を設け、上記硫黄成分保持剤の温度が離脱開始温度以上であって硫黄成分保持剤に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であるときには空燃比制御手段によってＮＯｘ保持剤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と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。
【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】
流入する排気ガスに含まれる硫黄成分を保持する硫黄成分保持剤が知られている。硫黄成分保持剤は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガスに含まれる硫黄成分を保持し、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であって硫黄成分保持剤の温度がその離脱開始温度以上であるときに保持している硫黄成分を離脱させる。
【０００３】
このような硫黄成分保持剤を備えた排気浄化装置が特開２０００−１７９３２７号公報に開示されている。この公報に記載された排気浄化装置では、硫黄成分保持剤から硫黄成分を離脱させるべきときには硫黄成分保持剤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にすると共に硫黄成分保持剤の温度を予め設定された所定温度以上にして、保持している硫黄成分を離脱させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した硫黄成分保持剤の離脱開始温度は常に一定ではなく、例えば硫黄成分保持剤が保持している硫黄成分の量によって変動する。したがって、上記公報に記載された排気浄化装置における所定温度は硫黄成分保持剤の離脱開始温度と常に一致しているわけではない。このため、硫黄成分保持剤の温度を所定温度以上にしても硫黄成分保持剤から硫黄成分が離脱しなかったり、硫黄成分保持剤の温度を所定温度以下にしているにも関わらず硫黄成分保持剤から硫黄成分が離脱してしまったりしていた。
【０００５】
このような事態を回避するためには、硫黄成分保持剤の離脱開始温度を正確に把握し、上記所定温度をこの離脱開始温度と常に一致させることが必要である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は硫黄成分保持剤の離脱開始温度を常に正確に把握することができる排気浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の発明では、流入する排気ガスの空燃比がリーンであると流入する排気ガスに含まれる硫黄成分を保持し、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であって硫黄成分保持剤の温度が離脱開始温度以上であると保持している硫黄成分を離脱させる硫黄成分保持剤を内燃機関の排気通路上に配置し、上記離脱開始温度は硫黄成分保持剤が保持している硫黄成分の量に応じて変化する内燃機関の排気浄化装置において、硫黄成分保持剤が保持している硫黄成分の量から硫黄成分保持剤の離脱開始温度を推定するようにした。
第１の発明によれば、硫黄成分保持剤が保持している硫黄成分の量から硫黄成分保持剤の離脱開始温度が推定されるため、硫黄成分保持剤が保持している硫黄成分の量に応じて離脱開始温度が変動しても、変動している離脱開始温度を検出することができる。
【０００８】
第２の発明では、第１の発明において、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを保持するＮＯｘ保持剤を上記硫黄成分保持剤の排気下流に配置し、上記ＮＯｘ保持剤をバイパスするためのバイパス通路と、ＮＯｘ保持剤に流入する排気ガスの流量を調整する流量調整弁とを具備し、上記硫黄成分保持剤の温度が離脱開始温度以上であるときには排気ガスの少なくとも大部分がバイパス通路に流入するように流量調整弁を調整するようにした。
【０００９】
すなわち、第２の発明においては、硫黄成分保持剤に流入する排気ガスの空燃比に関わらず、硫黄成分保持剤の温度が離脱開始温度以上であるときには、排気ガスの大部分がバイパス通路に流入するため、ＮＯｘ保持剤に排気ガスがほとんど流入しない。このため、硫黄成分保持剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンとほぼ理論空燃比またはリッチとの間で頻繁に変動して、硫黄成分保持剤を通った排気ガスに含まれる硫黄成分の量が変動しても、ＮＯｘ保持剤にはほとんど硫黄成分が流入しない。すなわち、硫黄成分保持剤から流出した硫黄成分がＮＯｘ保持剤に流入しにくくなる。特に、ほぼ全ての排気ガスがＮＯｘ保持剤に流入しないようにすると、硫黄成分保持剤の温度が離脱開始温度以上であるときにはＮＯｘ保持剤に硫黄成分が流入することが確実に防止される。
【００１０】
第３の発明では、第１の発明において、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘおよび硫黄成分を保持し、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であるときには流入する排気ガスに含まれる硫黄成分を保持しないＮＯｘ保持剤を上記硫黄成分保持剤の排気下流に配置し、さらにＮＯｘ保持剤に流入する排気ガスの空燃比を調整するための空燃比制御手段を設け、上記硫黄成分保持剤の温度が離脱開始温度以上であって硫黄成分保持剤に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であるときには空燃比制御手段によってＮＯｘ保持剤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とするようにした。
【００１１】
第３の発明によれば、硫黄成分保持剤から硫黄成分が離脱せしめられる状態であるときには、ＮＯｘ保持剤に流入する排気ガスに含まれる硫黄成分がＮＯｘ保持剤にほとんど保持されないように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とされる。これにより、硫黄成分保持剤から流出した硫黄成分がＮＯｘ保持剤に保持されにくくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１に概略的に示した機関本体１は筒内噴射型の火花点火式内燃機関を示す。しかしながら、本発明を別の火花点火式内燃機関や圧縮着火式内燃機関に適用してもよい。
【００１３】
図１に示したように、本発明の第一の実施形態では機関本体１はシリンダブロック２と、シリンダブロック２内で往復動するピストン３と、シリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド４とを具備する。ピストン３とシリンダヘッド４との間には燃焼室５が形成される。シリンダヘッド４には各気筒毎に吸気弁６と、吸気ポート７と、排気弁８と、排気ポート９とが配置される。さらに、図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。またピストン３の頂面には燃料噴射弁１１の下方から点火プラグ１０の下方まで延びるキャビティ１２が形成されている。
【００１４】
各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気ダクト１５およびエアフロメータ１６を介してエアクリーナ（図示せず）に連結される。吸気ダクト１５内にはステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結され、この排気マニホルド１９は排気浄化装置２０に連結される。排気マニホルド１９とサージタンク１４とは再循環排気ガス（以下、ＥＧＲガスと称す）導管２１を介して互いに連結され、このＥＧＲガス導管２１内にはＥＧＲガス制御弁２２が配置される。
【００１５】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を具備する。エアフロメータ１６は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
【００１６】
また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４２は例えばクランクシャフトが３０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４２の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３９を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１、ステップモータ１７およびＥＧＲガス制御弁２２に接続される。
【００１７】
次に、図２を参照して本発明の排気浄化装置２０の構成について説明する。本発明の排気浄化装置２０は流入する排気ガスに含まれる硫黄成分（ＳＯｘ等）を保持することができる硫黄成分保持剤５１と、流入する排気ガスに含まれる成分のうち硫黄成分以外の成分、特に流入する排気ガス中のＮＯｘを保持することができるＮＯｘ保持剤５２とを具備する。
【００１８】
硫黄成分保持剤５１は排気マニホルド１９の出口に連結された排気管（排気通路）５３上に配置されたケーシング５４内に内蔵される。硫黄成分保持剤５１の排気上流において排気管５３には硫黄成分保持剤５１に流入する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ５５が設けられ、また、硫黄成分保持剤５１には硫黄成分保持剤５１の温度を検出するための温度センサ５６が設けられる。これら空燃比センサ５５および温度センサ５６はそれぞれ対応するＡ／Ｄ変換器３８を介してＥＣＵ３１の入力ポート３６に接続される。排気管５３の排気後流には排気管５７が設けられる。排気管５７は上流側排気管（排気通路）５７ａと、分岐部５７ｂと、保持剤側分岐管（排気通路）５７ｃと、バイパス側分岐管（バイパス通路）５７ｄと、下流側排気管（排気通路）５７ｅとを具備し、ＮＯｘ保持剤５２が保持剤側分岐管５７ｃ上に配置されたケーシング５８内に内蔵される。
【００１９】
排気管５７についてより詳細に説明すると、排気管５７の排気上流側に配置される排気管５３に上流側排気管５７ａが連結される。上流側排気管５７ａは分岐部５７ｂにおいて保持剤側分岐管５７ｃとＮＯｘ保持剤５２をバイパスするためのバイパス側分岐管５７ｄとに分岐する。これら分岐管５７ｃ、５７ｄはＮＯｘ保持剤５２の排気下流において合流する。そして、分岐部５７ｂには流量調整弁５９が設けられる。流量調整弁５９は対応する駆動回路３９を介してＥＣＵ３１の出力ポート３７に接続された流量調整弁用ステップモータ６０により制御される。ＮＯｘ保持剤５２の排気上流であって流量調整弁５９の排気下流において保持剤側分岐管５７ｃにはＮＯｘ保持剤５２に流入する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ６１が設けられ、また、ＮＯｘ保持剤５２にはＮＯｘ保持剤５２の温度を検出するための温度センサ６２が設けられる。これら空燃比センサ６１および温度センサ６２は対応するＡ／Ｄ変換器３８を介してＥＣＵ３１の入力ポート３６に接続される。
【００２０】
流量調整弁５９はバイパス側分岐管５７ｄに流入する排気ガスの流量を調整することができる。特に、流量調整弁５９はその作動位置に応じて保持剤側分岐管５７ｃに流入する排気ガスの流量とバイパス側分岐管５７ｄに流入する排気ガスの流量との割合を調整することができる。例えば、流量調整弁５９はバイパス側分岐管５７ｄを閉鎖する位置（図２に実線で示した位置）と保持剤側分岐管５７ｃを閉鎖する位置（図２に破線で示した位置）との間で揺動し、保持剤側分岐管５７ｃを閉鎖する位置からの角度θに応じて各分岐管５７ｃ、５７ｄに流入する排気ガスの流量が定まる。
【００２１】
ＮＯｘ保持剤５２は流入する排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。特に、吸気通路および燃焼室５に供給された空気と燃料との比率を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯｘ保持剤５２は流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中のＮＯｘを保持すると共に、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であるときには保持しているＮＯｘを離脱させ、特にリッチであるときには離脱したＮＯｘを還元させる。
【００２２】
また、ＮＯｘ保持剤５２は、特に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに、流入する排気ガス中に含まれる硫黄成分を保持する。このように、ＮＯｘ保持剤５２に保持された硫黄成分の量が多くなると、ＮＯｘ保持剤５２が保持可能なＮＯｘの量が減少してしまう。以下、このようにＮＯｘ保持剤５２に硫黄成分が保持されて、ＮＯｘ保持剤５２のＮＯｘ保持能力が低下することをＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒と称する。このようにＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒が進行してＮＯｘ保持剤５２のＮＯｘ保持能力が低下してしまうことを防止するためには、硫黄成分を含んだ排気ガスがＮＯｘ保持剤５２に流入しないようにするのが好ましい。そこで、第一実施形態の排気浄化装置２０では、ＮＯｘ保持剤５２の排気上流に硫黄成分保持剤５１が設けられている。
【００２３】
硫黄成分保持剤５１は、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには流入する排気ガスに含まれる硫黄成分を保持すると共に、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であって硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上であるときには保持している硫黄成分を離脱させる。
【００２４】
このように硫黄成分保持剤５１は流入する排気ガスの空燃比がリーンである場合には流入する排気ガスに含まれる硫黄成分を保持するため、硫黄成分保持剤５１を通過した排気ガスには硫黄成分がほとんど含まれていない。したがって、このような排気ガスがＮＯｘ保持剤５２に流入してもＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒が進行してしまうことはない。そこで、このような場合、流量調整弁５９の作動位置は、少なくとも大部分のまたは全ての排気ガスがＮＯｘ保持剤５２に流入するような保持剤流入位置にされ、そしてＮＯｘ保持剤５２に流入する排気ガスからＮＯｘが浄化される。このように、硫黄成分保持剤５１に流入する排気ガスの空燃比がリーンである場合には、流量調整弁５９の作動位置が保持剤流入位置にされ、ＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒が進行してしまうことなく排気ガス中のＮＯｘが浄化される。
【００２５】
一方、硫黄成分保持剤５１に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であって硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上であるときには、硫黄成分保持剤５１を通過した排気ガスには多量の硫黄成分が含まれている。しがたって、このような排気ガスがＮＯｘ保持剤５２に流入するとＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒が大幅に進行してしまう。
【００２６】
そこで、図１および図２に示したような構成の排気浄化装置では、一般に硫黄成分保持剤５１に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であって硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上である場合には、排気ガスがＮＯｘ保持剤にほとんど流入しないように流量調整弁５９の位置が調整される。すなわち、上記場合には、流量調整弁５９の作動位置が保持剤側分岐管を閉鎖するバイパス位置へと変更され、よって少なくとも大部分のまたは全ての排気ガスがバイパス側分岐管５７ｄに流入する。
【００２７】
これにより、硫黄成分保持剤５１に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であって硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上である場合には、すなわちＮＯｘ保持剤５２の排気上流側に配置されている硫黄成分保持剤５１から排出された排気ガスに硫黄成分が多量に含まれている場合には、ＮＯｘ保持剤５２に排気ガスがほとんど流入せず、ＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒が大幅に進行してしまうことが防止される。このように、硫黄成分保持剤５１に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であって硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上である場合には、流量調整弁５９の作動位置がバイパス位置にされ、ＮＯｘ保持剤５２に排気ガスが流入するのが防止され、よってＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒が進行してしまうことが防止される。
【００２８】
ところで、本発明の排気浄化装置が搭載された筒内噴射型の火花点火式内燃機関では、内燃機関の運転状態に応じて内燃機関から排出される排気ガスの空燃比がリーンとほぼ理論空燃比またはリッチとの間で頻繁に切り替わる。このため、硫黄成分保持剤５１に流入する排気ガスの空燃比がリーンとほぼ理論空燃比またはリッチとの間で頻繁に切り替わる。したがって、ＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒が進行することなく排気ガス中のＮＯｘを浄化するためには、硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上である場合に、硫黄成分保持剤５１に流入する排気ガスの空燃比の変化に応じて流量調整弁５９の作動位置を保持剤流入位置とバイパス位置との間で頻繁に切り替えなければならない。
【００２９】
ところが、ステップモータで駆動される流量調整弁５９の応答速度は比較的遅く、硫黄成分保持剤５１に流入する排気ガスの空燃比が切り替わっても、直ぐに流量調整弁５９の作動位置を切り替えることができない。したがって、例えば硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上であって硫黄成分保持剤５１に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になったときに、流量調整弁５９の作動位置が保持剤流入位置からバイパス位置へ切り替わるのが遅れてＮＯｘ保持剤５２に硫黄成分を多量に含む排気ガスが流入してしまい、これによりＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒が進行してしまう。
【００３０】
これに対して、本発明の第一実施形態の排気浄化装置２０では、硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上であるときには、硫黄成分保持剤５１に流入する排気ガスの空燃比に関わらず、少なくとも大部分の排気ガスがＮＯｘ保持剤５２に流入しないようにしている。すなわち、多量の硫黄成分がＮＯｘ保持剤５２に流入する可能性がある場合には、ＮＯｘ保持剤５２に流入する排気ガスの流量が減少するようにしている。これにより、硫黄成分保持剤５１に流入する排気ガスの空燃比がリーンとほぼ理論空燃比またはリッチとの間で頻繁に変動して、硫黄成分保持剤５１を通った排気ガスに含まれる硫黄成分の量が変動しても、ＮＯｘ保持剤５２には硫黄成分がほとんど流入しない。
【００３１】
特に、ほぼ全ての排気ガスがＮＯｘ保持剤５２に流入しないようにすると、硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上であるときにはＮＯｘ保持剤５２に流入する排気ガスの流量はほぼ零であり、よって硫黄成分保持剤５１に流入する排気ガスの空燃比に関わらずＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒が進行してしまうことが防止される。
【００３２】
より詳細には、硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上であるときには排気ガスの大部分または全てがバイパス側分岐管５７ｄに流入するように流量調整弁５９が調整される。すなわち、硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上である場合には常に流量調整弁５９の作動位置がバイパス位置にされ、これにより排気ガスの大部分または全てはＮＯｘ保持剤５２に流入せず、バイパス側分岐管５７ｄを通ってＮＯｘ保持剤５２をバイパスする。したがって、硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上であるときに、硫黄成分保持剤５１に流入する排気ガスの空燃比が変動しても、それに応じて流量調整弁５９の作動位置を切り替える必要がないため、流量調整弁５９の応答遅れによってＮＯｘ保持剤５２に硫黄成分が流入してＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒が進行してしまうことが防止される。このようにして、本発明の第一実施形態の排気浄化装置２０によれば、硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上であるときにＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒が進行してしまうことが防止される。
【００３３】
ところで、硫黄成分保持剤５１の離脱開始温度は硫黄成分保持剤５１が保持している硫黄成分の量（以下、硫黄成分保持量と称す）に応じて変化する。すなわち、硫黄成分保持量が増大すると離脱開始温度が低下し、硫黄成分保持量が減少すると離脱開始温度が上昇する。ここで、図３に硫黄成分保持剤５１に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であるときの、硫黄成分保持剤５１の離脱開始温度と硫黄成分保持量との関係を示す。なお、図３では、横軸が硫黄成分保持量、縦軸が離脱開始温度である。図中の線ａは硫黄成分保持量に対する硫黄成分保持剤５１の離脱開始温度を示しており、硫黄成分保持剤５１に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である場合、この線ａ上の点よりも硫黄成分保持量が多く且つ硫黄成分保持剤５１の温度が高い領域Ｉでは硫黄成分保持剤５１に保持されている硫黄成分が硫黄成分保持剤５１から離脱せしめられ、線ａの点よりも硫黄成分保持量が少なく且つ硫黄成分保持剤５１の温度が低い領域ＩＩでは硫黄成分保持剤５１に保持されている硫黄成分は硫黄成分保持剤５１から離脱せしめられない。
【００３４】
そこで、本発明の第一実施形態の排気浄化装置２０では、硫黄成分保持剤５１の離脱開始温度を硫黄成分保持剤５１の硫黄成分保持量から推定するようにした。すなわち、離脱開始温度を予め設定した一定の値とするのではなく、硫黄成分保持量に基づいて変動する値とする。
【００３５】
より詳細には、硫黄成分保持剤５１に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である場合における硫黄成分保持量に対する硫黄成分保持剤５１の離脱開始温度を予め実験的に求め、マップとしてＥＣＵ３１のＲＯＭ３４に保存しておく。そして後述するように硫黄成分保持量を検出するための保持量検出手段によって硫黄成分保持量を検出し、検出された硫黄成分保持量とマップとから硫黄成分保持剤５１の離脱開始温度を推定する。これにより、硫黄成分保持剤５１の正確な離脱開始温度を把握することができるようになり、硫黄成分保持剤５１から硫黄成分が離脱せしめられているか否かを正確に判断することができるようになる。
【００３６】
なお、上記説明では硫黄成分保持剤５１に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であるとき、硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上であると硫黄成分保持剤５１から硫黄成分が離脱せしめられ、硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度よりも低いと硫黄成分保持剤５１から硫黄成分が離脱せしめられないとした。しかしながら、実際には、硫黄成分保持剤５１に流入する温度が比較的低いときでも硫黄成分保持剤５１から硫黄成分が離脱している。ただしその場合、硫黄成分保持剤５１から離脱せしめられる硫黄成分の量（以下、硫黄成分離脱量と称す）は少ない。ここで、図４に硫黄成分保持剤５１に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であるときの、硫黄成分保持剤５１の温度と硫黄成分離脱量との関係を示す。なお、図４では横軸が硫黄成分保持剤５１の温度であり縦軸が硫黄成分離脱量を示し、また、図４（Ａ）は硫黄成分保持剤５１の硫黄成分保持量が少ないとき、図４（Ｂ）は硫黄成分保持剤５１の硫黄成分保持量が多いときをそれぞれ示す。
【００３７】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示したように、硫黄成分保持剤５１に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である場合、硫黄成分保持量に関わらず、硫黄成分保持剤５１の温度が比較的低いときから僅かではあるが硫黄成分保持剤５１から硫黄成分が離脱せしめられる。そこから硫黄成分保持剤５１の温度が上昇すると、硫黄成分保持剤５１の温度が或る一定の温度に到達すると急激に硫黄成分離脱量が増加する。このときの温度は硫黄成分保持量に応じて異なり、図４（Ａ）に示した硫黄成分保持量が少ない場合の方が図４（Ｂ）に示した硫黄成分保持量が多い場合に比べて高い。
【００３８】
そこで、本発明の第一実施形態の排気浄化装置２０では、硫黄成分保持剤５１の温度が上昇することによって硫黄成分離脱量が急激に増加する直前の温度を離脱開始温度とする。すなわち、図４（Ａ）に示した硫黄成分保持量が少ない場合には温度ｂが離脱開始温度とされ、また、図４（Ｂ）に示した硫黄成分保持量が多い場合には温度ｃが離脱開始温度とされる。換言すると、硫黄成分保持剤５１の離脱開始温度は実際に硫黄成分離脱量が増大する場合の温度よりも僅かに低い温度に設定される。
【００３９】
ところで、上述したように流量調整弁５９には応答遅れがあり、硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度に到達してから流量調整弁５９の作動位置を保持剤流入位置からバイパス位置に変更するのには多少の時間がかかる。これに対して、離脱開始温度を実際に硫黄成分離脱量が増大する場合の温度よりも僅かに低い温度に設定すると、硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度に到達しても、実際に硫黄成分保持剤５１から硫黄成分が離脱されるまでには多少の時間がかかる。したがって、離脱開始温度を上述したように設定すると、流量調整弁５９の応答遅れがあっても、流量調整弁５９の作動位置がバイパス位置に変更された後に硫黄成分保持剤５１から硫黄成分が離脱され、よって流量調整弁５９の応答遅れによってＮＯｘ保持剤５２に硫黄成分が流入してしまうことが防止される。
【００４０】
なお、離脱開始温度は別の設定方法で設定されてもよく、例えば硫黄成分離脱量が予め定められた所定量を超えるような場合の温度を離脱開始温度としてもよい。ただし、この場合、離脱開始温度を実際に硫黄成分離脱量が増大する場合の温度よりも僅かに低い温度に設定するために、上記所定量は零よりも大きいながら零に近い値とされる。換言すると、上記所定量は、硫黄成分保持剤５１の温度が低くて硫黄成分離脱量が低い値で推移している場合における硫黄成分離脱量よりも僅かに大きい値である。
【００４１】
次に、本発明の第一実施形態の排気浄化装置２０におけるバイパス制御について説明する。バイパス制御では、まず保持量検出手段によって硫黄成分保持剤５１の硫黄成分保持量Ｑｓが後述する方法で算出される。そして、算出された硫黄成分保持量Ｑｓと図３に示したマップとから離脱開始温度Ｔｒが推定される。算出された硫黄成分保持量Ｑｓが予め定められた所定保持量Ｑｓｌよりも少なく且つ硫黄成分保持剤５１の温度Ｔが離脱開始温度Ｔｒよりも低い場合には、流量調整弁５９の作動位置が保持剤流入位置にされ、硫黄成分保持剤５１から流出した排気ガスはＮＯｘ保持剤５２に流入する。この場合、ＮＯｘ保持剤５２に排気ガスが流入しても硫黄成分はほとんど流入しないため、ＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒が進行してしまうことはほとんどない。一方、算出された硫黄成分保持量Ｑｓが所定保持量Ｑｓｌよりも少なく且つ硫黄成分保持剤５１の温度Ｔが離脱開始温度Ｔｒ以上である場合には、流量調整弁５９の作動位置がバイパス位置にされ、硫黄成分保持剤５１から流出した排気ガスはほとんどＮＯｘ保持剤５２に流入しない。したがって、この場合にもＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒が進行してしまうことはほとんどない。
【００４２】
また、算出された硫黄成分保持量Ｑｓが所定保持量Ｑｓｌ以上である場合には、硫黄成分保持剤５１から硫黄成分を離脱させる保持剤再生処理を実行する。すなわち、例えば内燃機関の燃焼室５に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射することによって、硫黄成分保持剤５１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にすると共に、硫黄成分保持剤５１の温度を硫黄成分離脱温度以上にまで上昇させる昇温処理を実行する。これにより、硫黄成分保持剤５１の硫黄成分保持量Ｑｓがほぼ零になって硫黄成分保持剤５１が保持可能な硫黄成分の量が増加し、硫黄成分保持剤５１の硫黄成分保持能力が回復せしめられる。
【００４３】
次に、保持量検出手段によって硫黄成分保持剤５１に保持されている硫黄成分の量である硫黄成分保持量Ｑｓを算出する方法について説明する。まず、硫黄成分保持剤５１の排気上流の排気通路と燃焼室と吸気通路とに供給された総燃料量を検出する。燃料中に含まれる硫黄成分の量は燃料の供給箇所によらず一定であるため、供給される燃料の量と硫黄成分保持剤５１に流入する排気ガスに含まれる硫黄成分の量とは比例する。こうして硫黄成分保持剤５１に流入する排気ガスに含まれる硫黄成分の量が算出される。
【００４４】
一方、硫黄成分保持剤５１は流入する排気ガスに含まれる硫黄成分を常にほとんど全て保持するわけではない。例えば、硫黄成分保持剤５１に流入する排気ガスの空燃比が高いと、すなわちリーン度合いが高いと流入排気ガスに含まれる硫黄成分を捕獲する割合である硫黄成分捕獲率は高くなり、逆に流入する排気ガスの空燃比が低いと、すなわちリッチ度合いが高いと硫黄成分捕獲率は低くなる。また、硫黄成分保持剤５１の温度が高いと硫黄成分捕獲率は低くなり、逆に硫黄成分保持剤５１の温度が低いと硫黄成分捕獲率は高くなる。さらに、硫黄成分保持剤５１の硫黄成分保持量に応じても硫黄成分捕獲率は変化し、例えば硫黄成分保持量が多くなると硫黄成分捕獲率は低下し、逆に硫黄成分保持量が少なくなると硫黄成分捕獲率は低下する。したがって、これら三つのパラメータ、すなわち流入排気ガスの空燃比と、硫黄成分保持剤５１の温度と、硫黄成分保持量とに対する硫黄成分捕獲率を予め実験的に求め、マップとしてＥＣＵ３１のＲＯＭ３４に保存する。
【００４５】
硫黄成分保持量Ｑｓを算出するときには、上述したように算出された硫黄成分保持剤５１に流入する排気ガスに含まれる硫黄成分の量に、マップから算出された硫黄成分捕獲率を乗算する。このような計算を単位時間毎に繰り返し、それを累積したものが硫黄成分保持量Ｑｓである。こうして硫黄成分保持量Ｑｓが算出される。なお、硫黄成分保持量は保持剤再生処理が実行された場合には零にリセットされる。
【００４６】
あるいは、硫黄成分保持量Ｑｓを算出するために、上記方法によって算出された硫黄成分保持量から、保持剤再生処理以外のときに硫黄成分保持剤５１から離脱した硫黄成分離脱量を減算した値を硫黄成分保持量Ｑｓとしてもよい。この場合、硫黄成分保持剤５１に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であるときの硫黄成分保持量と硫黄成分保持剤５１の温度と硫黄成分離脱量との三次元マップ（図４（Ａ）および図４（Ｂ）を三次元化したマップ）を予め実験的に求め、検出された硫黄成分保持量および硫黄成分保持剤５１の温度と三次元マップとから硫黄成分離脱量が算出される。このように、硫黄成分離脱量を減算して硫黄成分保持量Ｑｓを算出した場合、より正確に硫黄成分保持量Ｑｓを算出することができ、正確な離脱開始温度Ｔｒを算出することができるようになる。
【００４７】
また、硫黄成分保持剤５１の昇温制御では、例えば、内燃機関の燃焼室５に燃料を噴射するタイミングを遅らせたり、内燃機関の燃焼室５に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射して燃焼させたり、ＮＯｘ保持剤５２上流に電気ヒータやグロープラグを設け、これら電気ヒータまたはグロープラグを作動させたり、硫黄成分保持剤５１上流において排気ガスに燃料を添加するための装置を設け、この装置から排気ガスに燃料を添加したりすることで、排気ガスの温度を上昇させたり、または硫黄成分保持剤５１内で化学反応を起こさせて発熱させたりすることによって硫黄成分保持剤５１が昇温せしめられる。さらに、点火栓による燃料の点火タイミングを遅らせることによっても、硫黄成分保持剤５１が昇温せしめられる。
【００４８】
図５を参照して、本発明の第一実施形態のバイパス制御の制御ルーチンについて説明する。まず、ステップ１０１で硫黄成分保持剤５１の硫黄成分保持量Ｑｓが算出される。次いでステップ１０２では、算出された硫黄成分保持量Ｑｓが所定保持量Ｑｓｌより少ないか否かが判定される。算出された硫黄成分保持量Ｑｓが所定保持量Ｑｓｌ以上であると判定された場合にはステップ１０３へと進む。ステップ１０３では、保持剤再生処理が実行され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００４９】
一方、ステップ１０２において、算出された硫黄成分保持量Ｑｓが所定保持量Ｑｓｌよりも少ないと判定された場合にはステップ１０４へと進む。ステップ１０４では硫黄成分保持量Ｑｓから離脱開始温度Ｔｒが算出される。次いでステップ１０５では、硫黄成分保持剤５１の温度Ｔが離脱開始温度Ｔｒ以上であるか否かが判定される。硫黄成分保持剤５１の温度Ｔが離脱開始温度Ｔｒ以上であると判定された場合にはステップ１０６へと進む。ステップ１０６では流量調整弁５９の作動位置がバイパス位置へと変更せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１０５において、硫黄成分保持剤５１の温度Ｔが離脱開始温度Ｔｒよりも低いと判定された場合にはステップ１０７へと進む。ステップ１０７では流量調整弁５９の作動位置が保持剤流入位置に変更せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００５０】
次に、図６を参照して本発明の第二実施形態の排気浄化装置６５について説明する。第二実施形態の排気浄化装置６５は第一実施形態の排気浄化装置２０と同様な構成であるが、排気管６７の構成が第一実施形態の排気管５７の構成と異なる。なお、図６は図２と同様な図であり、図６（Ａ）は流量調整弁６９が第一作動位置にあるとき、図６（Ｂ）は流量調整弁６９が第二作動位置にあるとき、図６（Ｃ）は流量調整弁６９が中立作動位置にあるときをそれぞれ示す。また、これら図中の矢印は排気ガスの流れを示す。
【００５１】
図６に示したように第二実施形態では、排気管６７は、基幹排気管６７ａ、６７ｅと、基幹排気管６７ａ、６７ｅに連結された環状分岐管（環状通路）６７ｃ、６７ｄとを備えており、環状分岐管６７ｃ、６７ｄ上にはＮＯｘ保持剤５２を内蔵したケーシング６８が配置されている。そして、基幹排気管６７ａ、６７ｅと環状分岐管６７ｃ、６７ｄの接続部分には分岐部６７ｂが配置される。すなわち、環状分岐管６７ｃは基幹排気管６７ａ、６７ｅの分岐部６７ｂから分岐して再び分岐部６７ｂに戻る。
【００５２】
より詳細には、基幹排気管は分岐部６７ｂよりも排気上流側の上流側部分排気管６７ａと分岐部６７ｂよりも排気下流側の下流側部分排気管６７ｅとから成り、環状分岐管は分岐部６７ｂとＮＯｘ保持剤５２の一方の面とを連結する第一部分環状分岐管６７ｃと、分岐部６７ｂとＮＯｘ保持剤５２の上記一方の面とは反対側の他方の面とを連結する第二部分環状分岐管６７ｄとから成る。上流側部分排気管６７ａが分岐部６７ｂにおいて第一部分環状分岐管６７ｃと第二部分環状分岐管６７ｄと下流側部分排気管６７ｅとの三つの排気管に分岐する。上流側部分排気管６７ａには空燃比センサ７１が設けられ、対応するＡ／Ｄ変換器３８を介してＥＣＵ３１の入力ポート３６に接続される。
【００５３】
また、分岐部６７ｂには流量調整弁６９が設けられる。流量調整弁６９の作動は、対応する駆動回路３９を介してＥＣＵ３１の出力ポート３７に接続された流量調整弁用ステップモータ７０により制御される。流量調整弁６９は分岐部６７ｂの中心周りで連続的に回動し、基幹排気管６７ａ、６７ｅの軸線に対して角度θが変化し、これにより上流側部分排気管６７ａから分岐部６７ｂに流入する排気ガスのうち第一部分環状分岐管６７ｃおよび第二部分環状分岐管６７ｄに流入する排気ガスの流量が調整される。
【００５４】
特に、第二実施形態の流量調整弁６９は大別して角度の異なる三つの作動位置間で回動する。これら三つの位置とは図６（Ａ）に示した第一作動位置と、図６（Ｂ）に示した第二作動位置と、図６（Ｃ）に示した中立作動位置とである。流量調整弁６９が図６（Ａ）に示した第一作動位置にある場合、上流側部分排気管６７ａから分岐部６７ｂに流入する排気ガスのほとんどは第一部分環状分岐管６７ｃに流入し、ＮＯｘ保持剤５２を一方の方向に通過して第二部分環状分岐管６７ｄに流れ、再び分岐部６７ｂに戻る。第二部分環状分岐管６７ｄから分岐部６７ｂに再び戻った排気ガスは全て下流側部分排気管６７ｅへと流出する。なお、以下では排気ガスが環状分岐管６７ｃ、６７ｄおよびＮＯｘ保持剤５２をこのように流れる方向を順方向として説明する。
【００５５】
また、流量調整弁６９が図６（Ｂ）に示した第二作動位置にある場合、上流側部分排気管６７ａから分岐部６７ｂに流入する排気ガスのほとんどは第二部分環状分岐管６７ｄに流入し、ＮＯｘ保持剤５２を上記流量調整弁６９が第一作動位置にある場合の一方の方向とは反対の方向に通過して第一部分環状分岐管６７ｃに流れ、再び分岐部６７ｂに戻る。第一部分環状分岐管６７ｃから分岐部６７ｂに再び戻った排気ガスは全て下流側部分排気管６７ｅへと流出する。なお、以下では排気ガスが環状分岐管６７ｃ、６７ｄおよびＮＯｘ保持剤５２をこのように流れる方向を逆方向として説明する。
【００５６】
このように、流量調整弁６９の作動位置によっては上流側部分排気管６７ａから分岐部６７ｂに流入した排気ガスは、ＮＯｘ保持剤５２が配置された環状分岐管６７ｃ、６７ｄを一方の方向へまたはそれとは逆の方向へ流れて、その後分岐部６７ｂを介して下流側部分排気管６７ｅへと流出することができる。
【００５７】
したがって、第二実施形態では、ＮＯｘ保持剤５２を通過する排気ガスの流れを順方向と逆方向との間で反転させることができるので、ＮＯｘ保持剤５２内の位置によるＮＯｘ保持量の偏りを緩和してＮＯｘ保持剤５２を効率的に利用することができる。また、後述するようにＮＯｘ保持剤５２がパティキュレートフィルタに担持されている場合、第二実施形態の排気浄化装置６５によれば、パティキュレートフィルタ内の位置による微粒子捕集量を緩和して、パティキュレートフィルタを効率的に利用することができる。さらに、排気ガスの流れ方向を反転することにより、パティキュレートフィルタの詰まりを防止する効果もある。
【００５８】
一方、流量調整弁６９が図６（Ｃ）に示した中立作動位置にある場合、上流側部分排気管６７ａから分岐部６７ｂに流入した排気ガスのほとんどは環状分岐管６７ｃ、６７ｄに流入せずに下流側部分排気管６７ｅに流入する。すなわち、流量調整弁６９が中立作動位置にあると、排気ガスはＮＯｘ保持剤５２を通過することなく下流側排気管６７ｅへと流出する。したがって、第二実施形態では、流量調整弁６９の中立作動位置は、上記実施形態における流量調整弁６９のバイパス位置と同様に、ＮＯｘ保持剤５２をバイパスさせるためのバイパス位置である。
【００５９】
次に、図７を参照して本発明の第三実施形態の排気浄化装置について説明する。第三実施形態の排気浄化装置８０は第一実施形態の排気浄化装置２０と同様であるが、硫黄成分保持剤５１とＮＯｘ保持剤５２との間の排気管にＮＯｘ保持剤５２に流入する排気ガスの空燃比を調整するための燃料添加装置（空燃比制御手段）８１が設けられている。より詳細には、燃料添加装置８１はＮＯｘ保持剤５２の排気上流の保持剤側分岐管５７ｃに設けられ、ＮＯｘ保持剤５２に流入する排気ガス中に燃料を添加する。燃料添加装置８１は対応する駆動回路を介してＥＣＵ３１の出力ポート３７に接続され、ＥＣＵ３１から送信される信号に基づいて燃料を添加する。燃料添加装置８１の応答速度は速いため、燃料添加装置８１はＥＣＵ３１から燃料添加の信号が送信されると迅速に排気ガス中に燃料を添加することができる。
【００６０】
ところで、上記実施形態では、硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以下であって硫黄成分保持剤５１に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには、硫黄成分保持剤５１から硫黄成分が流出していないにも関わらずＮＯｘ保持剤５２にほとんど排気ガスが流入しないようにしている。この場合、ＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒が進行しないにも関わらず、排気ガスがＮＯｘ保持剤５２をバイパスされており、排気ガスのＮＯｘが浄化されない。したがって、このような場合でも排気ガスがＮＯｘ保持剤５２をバイパスすることは排気エミッションの悪化につながる。
【００６１】
一方、本発明のＮＯｘ保持剤５２は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガスに含まれる硫黄成分を保持するが、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であるときには排気ガスに含まれる硫黄成分を保持しない。すなわち、ＮＯｘ保持剤５２に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であれば、ＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒は進行しない。
【００６２】
そこで本発明の第三実施形態の排気浄化装置では、硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上であって硫黄成分保持剤５１に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であるときには、ＮＯｘ保持剤５２に流入する排気ガスに燃料添加装置８１によって燃料を添加することによって、ＮＯｘ保持剤５２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とするようにした。すなわち、硫黄成分保持剤５１から流出した排気ガスに硫黄成分が含まれている場合には、その排気ガスがＮＯｘ保持剤５２に流入する前に燃料を添加することによって、その排気ガスがＮＯｘ保持剤５２に流入するときには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している。
【００６３】
上述したようにＮＯｘ保持剤５２に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であると、排気ガスに硫黄成分が含まれていてもＮＯｘ保持剤５２は排気ガスに含まれている硫黄成分を保持しない。このため、硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上であって硫黄成分保持剤５１に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であり、硫黄成分保持剤５１から流出する排気ガスに硫黄成分が含まれていても、ＮＯｘ保持剤５２は排気ガスに含まれている硫黄成分を保持しない。これによりＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒の進行を防止することができる。
【００６４】
また、燃料添加装置８１の応答速度が速いため、硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上であるときに硫黄成分保持剤５１に流入する排気ガスの空燃比がリーンとほぼ理論空燃比またはリッチとの間で頻繁に変動しても、その変動に迅速に追従してＮＯｘ保持剤５２に流入する排気ガスの空燃比を変更することができる。すなわち、例えば硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上であるときに硫黄成分保持剤５１に流入する排気ガスの空燃比がリーンからほぼ理論空燃比またはリッチに変わり、硫黄成分保持剤５１から流出する排気ガスに多量の硫黄成分が含まれるようになり始めると直ぐにＮＯｘ保持剤５２に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となるように燃料が添加される。よってＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒の進行が防止される。一方、例えば硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上であるときに硫黄成分保持剤５１に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からリーンに変わり、硫黄成分保持剤５１から流出する排気ガスに硫黄成分が含まれなくなり始めると直ぐに燃料添加装置８１からの燃料の添加が停止され、ＮＯｘ保持剤５２に流入する排気ガス中のＮＯｘが浄化される。
【００６５】
したがって、本発明の第三実施形態の排気浄化装置によれば、硫黄成分保持剤５１の温度が離脱開始温度以上であって硫黄成分保持剤５１に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のときのみＮＯｘ保持剤５２が排気ガスに含まれる硫黄成分を保持しないようにし、それ以外のときにはＮＯｘ保持剤５２に排気ガスを流入させることによって、ＮＯｘ保持剤５２の硫黄被毒防止とＮＯｘ保持剤５２によるＮＯｘの浄化を両立することができる。
【００６６】
なお、燃料添加装置８１からＮＯｘ保持剤５２に流入する排気ガス中に添加される燃料の量はＮＯｘ保持剤５２および燃料添加装置８１の排気上流に配置された空燃比センサの出力から判断され、ＮＯｘ保持剤５２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にすべき場合に、空燃比センサを通過する排気ガスのリーンの度合いが高いときには多量の燃料が添加され、リーンの度合いが低いときには少量の燃料が添加される。また、上記場合に空燃比センサを通過する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであるときには燃料添加装置８１から燃料は添加されない。
【００６７】
なお、第三実施形態の排気浄化装置８０では、流量調整弁５９の作動位置は基本的に保持剤流入位置とされる。ただし、一般に硫黄成分保持剤５１の保持剤再生制御は比較的長時間に亘って実行されるため、ＮＯｘ保持剤５２に流入する排気ガスに含まれる硫黄成分をＮＯｘ保持剤５２が保持しないようにするために、この間ずっと燃料添加装置８１から燃料を添加していると、燃料消費量が増大してしまう。そこで、第三実施形態の排気浄化装置８０では、硫黄成分保持剤５１の保持剤再生制御を実行する場合には燃料添加装置８１から燃料は添加されず、流量調整弁５９の作動位置がバイパス位置にされる。これにより燃料添加装置８１によって消費される燃料消費量を抑制することができる。
【００６８】
あるいは、第三実施形態の排気浄化装置８０にはバイパス側分岐管５７ｄおよび流量調整弁５９を設けなくてもよい。これにより、製造コストを削減することができる。この場合、硫黄成分保持剤５１の保持剤再生制御中は、ＮＯｘ保持剤５２に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となるように燃料添加装置８１から燃料が添加される。
【００６９】
なお、上記実施形態のＮＯｘ保持剤５２は流入する排気ガス中の微粒子を捕集することができるパティキュレートフィルタに担持されてもよい。さらに、このパティキュレートフィルタは後述するメカニズムで捕集した微粒子を連続的に酸化して除去することができるように、活性酸素生成剤を備えたパティキュレートフィルタであってもよい。なお、活性酸素生成剤は、上記実施形態のＮＯｘ保持剤５２と同様に、流入する排気ガスに含まれる硫黄成分を保持・離脱させることができ、硫黄成分を保持することによってその微粒子除去作用が低下する。
【００７０】
以下、本発明のパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと称す）による排気ガスの浄化メカニズム、特に排気ガス中の微粒子除去作用について説明する。図８においては、貴金属触媒として白金（Ｐｔ）を利用し、活性酸素生成剤としてカリウム（Ｋ）を利用し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、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な微粒子除去作用が行われる。
【００７１】
図８（Ａ）および（Ｂ）はフィルタの隔壁の表面上および隔壁の細孔表面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表している。図８（Ａ）および（Ｂ）において９０は白金の粒子を示しており、９１はカリウム等の活性酸素生成剤を含む担体層を示している。
【００７２】
まず、吸気通路および燃焼室５内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると、フィルタに流入する排気ガスの空燃比はリーンである場合、燃焼室５では、ＮＯＸ、特にＮＯおよびＮＯ２が発生するので、排気ガス中にはＮＯｘが含まれている。このように、フィルタには過剰酸素、および、ＮＯＸを含んだ排気ガスが流入する。
【００７３】
排気ガスがフィルタに流入すると、図８に示したように排気ガス中の酸素はＯ２−またはＯ２−の形で白金の表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金の表面上で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および排気ガス中のＮＯ２の一部は白金上で酸化されつつ活性酸素生成剤１０２に吸収され、Ｋと結合しながら図８に示したように硝酸イオン（ＮＯ３−）の形で活性酸素生成剤９１内に拡散し、硝酸塩（ＫＮＯ３）を生成する。すなわち、排気ガス中の酸素が硝酸イオンの形で活性酸素生成剤９１に保持される。
【００７４】
ところで、燃焼室内では主にカーボン（Ｃ）からなる微粒子が生成される。したがって、排気ガス中にはこれら微粒子が含まれる。排気ガス中の微粒子は、排気ガスがフィルタ内を流れているときに、図８（Ｂ）に示したように、活性酸素生成剤９１の表面上に接触し、付着する。
【００７５】
活性酸素生成剤９１上に微粒子９２が付着すると、活性酸素生成剤９１の表面とその内部との間に濃度差が生じる。活性酸素生成剤９１内には硝酸イオンの形で酸素が吸蔵されており、この吸蔵されている酸素が微粒子９２と活性酸素生成剤９１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９１内に形成されている硝酸塩（ＫＮＯ３）がＫとＯとＮＯとに分解され、Ｏが活性酸素生成剤９１の表面に向かい、その一方でＮＯが活性酸素生成剤９１から外部に離脱せしめられる。このように外部に離脱せしめられたＮＯは上述したメカニズムで下流側の白金上において酸化され、再び活性酸素生成剤９１内に硝酸イオンの形で保持される。
【００７６】
ところで微粒子９２と活性酸素生成剤９１との接触面に向かうＯは硝酸塩（ＫＮＯ３）のような化合物から分解された酸素であるので、不対電子を有し、極めて高い反応性を有する活性酸素となっている。これら活性酸素が微粒子９２に接触すると微粒子９２は短時間（数秒〜数十分）のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、微粒子９２は完全に消滅する。したがって、このようにして微粒子９２が酸化・除去され、微粒子９２がフィルタ上に堆積することはほとんどない。
【００７７】
なお、本明細書において「保持」という用語は「吸収」および「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。したがって、「ＮＯｘ保持剤」は、「ＮＯｘ吸収剤」および「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、ＮＯｘ保持剤からの「離脱」という用語についても、「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。
【００７８】
また、上述した実施形態において、ＮＯｘ保持剤５２および硫黄成分保持剤５１からＮＯｘまたは硫黄成分を離脱させるときに、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であると説明したが、実際には流入する排気ガスの酸素濃度が所定の酸素濃度よりも低くなることによってＮＯｘや硫黄成分が離脱し易くなる。特に、所定の酸素濃度とは、排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比である場合における排気ガスの酸素濃度である。したがって、上述した実施形態における「排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにする」という説明は「流入する排気ガスの酸素濃度を所定の酸素濃度以下にする」ことを意味する。また、燃料添加装置８１からは、酸素濃度を低下させることができ且つＮＯｘ保持剤から離脱したＮＯｘを還元することができれば如何なる還元剤を排気ガス中に添加してもよい。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、硫黄成分保持剤が保持している硫黄成分の量に応じて変動している離脱開始温度を検出することができることにより、硫黄成分保持剤の離脱開始温度を常に正確に把握することができる。
【００８０】
第２〜第５の発明によれば、ＮＯｘ保持剤の排気上流に配置された硫黄成分保持剤の温度が離脱開始温度以上であって硫黄成分保持剤に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であるときに、硫黄成分保持剤から流出した硫黄成分がＮＯｘ保持剤に保持されにくくなるため、ＮＯｘ保持剤の硫黄被毒の進行が防止される。
【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の全体を示す図である。
【図２】本発明の第一実施形態の排気浄化装置の図である。
【図３】硫黄成分保持量と硫黄成分保持剤の離脱開始温度との関係を示す図である。
【図４】硫黄成分保持剤の温度と硫黄成分離脱量との関係を示す図である。
【図５】バイパス制御のフローチャートである。
【図６】本発明の第二実施形態の排気浄化装置の図である。
【図７】本発明の第三実施形態の排気浄化装置の図である。
【図８】微粒子除去作用の説明に関する図である。
【符号の説明】
２０、６５、８０…排気浄化装置
３１…電子制御ユニット
５１…硫黄成分捕獲剤
５２…ＮＯｘ保持剤
５９、６９…流量調整弁
【図１】
2004084613.tif 000003
【図２】
2004084613.tif 000004
【図３】
2004084613.tif 000005
【図４】
2004084613.tif 000006
【図５】
2004084613.tif 000007
【図６】
2004084613.tif 000008
【図７】
2004084613.tif 000009
【図８】
2004084613.tif 000010