(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中に含まれるＳＯxを捕獲するために機関排気通路内に配置されたＳＯxトラップ触媒が一対のＳＯxトラップ触媒からなり、流通する排気ガスの温度が低い方に配置された低温用ＳＯxトラップ触媒の貴金属触媒担持量を流通する排気ガスの温度が高い方に配置された高温用ＳＯxトラップ触媒の貴金属触媒担持量よりも少なくした圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
低温用ＳＯxトラップ触媒と高温用ＳＯxトラップ触媒とが同一排気通路内において直列に配置されている請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
低温用ＳＯxトラップ触媒が高温用ＳＯxトラップ触媒の下流に配置されている請求項２に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
機関排気通路が、温度の低い方の排気ガスの流通する低温用排気枝通路と温度の高い方の排気ガスの流通する高温用排気枝通路に分岐され、低温用ＳＯxトラップ触媒が該低温用排気枝通路内に配置され、高温用ＳＯxトラップ触媒が該高温用排気枝通路内に配置される請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
排気ガス温が予め定められた温度よりも低いときには排気ガスを上記低温用排気枝通路内に流入させ、排気ガス温が予め定められた温度よりも高いときには排気ガスを上記高温用排気枝通路内に流入させる流路切換弁を具備した請求項４に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
排気ガス温が高温用ＳＯxトラップ触媒からＳＯxの放出される温度に達したときには排気ガス温が上記予め定められた温度以上であっても排気ガスを上記低温用排気枝通路内に流入させる請求項５に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
上記ＳＯxトラップ触媒は、ＳＯxトラップ触媒に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中に含まれるＳＯxを捕獲し、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯxトラップ触媒の温度が上昇すると捕獲したＳＯxが次第にＳＯxトラップ触媒の内部に拡散していく性質を有すると共にＳＯxトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるとＳＯxトラップ触媒の温度がＳＯx放出温度以上であれば捕獲したＳＯxを放出する性質を有し、機関運転中ＳＯxトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにさせることなくリーンに維持し続ける空燃比制御手段と、排気ガス中に含まれるＳＯxのうちでＳＯxトラップ触媒に捕獲されるＳＯxの割合を示すＳＯxトラップ率を推定する推定手段とを具備し、ＳＯxトラップ率が予め定められた率よりも低下したときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯxトラップ触媒の温度を上昇させ、それによってＳＯxトラップ率を回復させるようにした請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
上記ＳＯxトラップ触媒は触媒担体上に形成されたコート層と、コート層上に担持された貴金属触媒からなり、コート層内にはアルカリ金属、アルカリ土類金属又は希土類金属が分散して含有されている請求項７に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
上記ＳＯxトラップ触媒に捕獲されたＳＯx量を推定し、ＳＯxトラップ触媒に捕獲されたＳＯx量が予め定められた量を越えたときにＳＯxトラップ率が予め定められた率よりも低下したと判断され、このときＳＯxトラップ率を回復するために排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯxトラップ触媒の温度が上昇せしめられる請求項７に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
ＳＯxトラップ率を回復するための処理回数が増大するにつれて上記予め定められた量が増大せしめられ、この予め定められた量の増大割合は該処理回数が増大するほど減少する請求項９に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
ＳＯxトラップ触媒下流の排気通路内に排気ガス中のＳＯx濃度を検出しうるＳＯxセンサを配置し、該ＳＯxセンサの出力信号からＳＯxトラップ率を算出する請求項７に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
ＳＯxセンサにより検出された排気ガス中のＳＯx濃度が予め定められた濃度を越えたときにＳＯxトラップ率が予め定められた率よりも低下したと判断され、このときＳＯxトラップ率を回復するために排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯxトラップ触媒の温度が上昇せしめられる請求項１１に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
上記ＳＯxトラップ触媒下流の排気通路内に、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中に含まれるＮＯxを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯxを放出するＮＯx吸蔵触媒を配置し、ＳＯxトラップ触媒とＮＯx吸蔵触媒との間の排気通路内に還元剤供給装置を配置し、ＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出すべきときには還元剤供給装置から排気通路内に還元剤を供給してＮＯx吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするようにした請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１４】
ＮＯx吸蔵触媒が排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕獲して酸化させ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１３に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１５】
パティキュレートフィルタ上に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させ、それによって堆積した粒子状物質を酸化除去するようにした請求項１４に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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中に含まれるＮＯxを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯxを放出するＮＯx吸蔵触媒を用いて排気ガスを浄化するようにした内燃機関において、機関排気通路を一対の排気枝通路に分岐し、ＮＯx吸蔵触媒を、ＮＯxに対し高い浄化率を示す温度範囲が低温側の低温用ＮＯx吸蔵触媒と高温側の高温用ＮＯx吸蔵触媒から構成してこれらＮＯx吸蔵触媒を夫々各排気枝通路内に配置し、排気ガス温が低いときには排気ガスを低温用ＮＯx吸蔵触媒に導びくと共に排気ガス温が高いときには排気ガスを高温用ＮＯx吸蔵触媒に導びくことによりＮＯxを浄化しうる温度範囲を広げるようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
一方、燃料および潤滑油内にはイオウが含まれており、従って排気ガス中にはＳＯxが含まれている。このＳＯxはＮＯxと共にＮＯx吸蔵触媒に吸蔵される。ところがこのＳＯxは排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけではＮＯx吸蔵触媒から放出されず、従ってＮＯx吸蔵触媒に吸蔵されているＳＯxの量が次第に増大していく。その結果吸蔵しうるＮＯx量が次第に減少してしまう。そこでＮＯx吸蔵触媒にＳＯxが送り込まれるのを阻止するためにＮＯx吸蔵触媒上流の機関排気通路内にＳＯxトラップ触媒を配置するようにした内燃機関も公知である。
【特許文献１】特開平５−２６３６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところでＮＯx吸蔵触媒において低温における活性を高めるには、即ち低温におけるＮＯx浄化率を高めるには一般的な触媒と同様に貴金属触媒の担持量を増大させることが必要である。しかしながらＳＯxトラップ触媒はＮＯx吸蔵触媒とは逆で低温におけるＳＯx捕獲率を高めるには貴金属触媒の担持量を減少させる必要があることが判明したのである。これは、ＮＯx吸蔵触媒にはＮＯxを吸収する機能とＮＯxを放出させる機能の双方の機能を持たせなければならないのに対して、ＳＯxトラップ触媒にはＳＯxを吸収する機能だけを持たせればよいことに起因している。
【０００５】
本発明は、ＳＯxトラップ触媒について判明した知見に基づき、高いＳＯx捕獲率を確保することのできる圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
即ち、本発明によれば、排気ガス中に含まれるＳＯxを捕獲するために機関排気通路内に配置されたＳＯxトラップ触媒が一対のＳＯxトラップ触媒からなり、流通する排気ガスの温度が低い方に配置された低温用ＳＯxトラップ触媒の貴金属触媒担持量を流通する排気ガスの温度が高い方に配置された高温用ＳＯxトラップ触媒の貴金属触媒担持量よりも少なくしている。
【発明の効果】
【０００７】
ＳＯxトラップ触媒による高いＳＯx捕獲率を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口はエアクリーナ８に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁９が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１０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１０内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【０００９】
一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口に続く排気通路内には直列に配置された一対のＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂが配置される。即ち、排気タービン７ｂの出口はＳＯxトラップ触媒１１ａの入口に連結され、ＳＯxトラップ触媒１１ｂの出口は排気管１３を介してＮＯx吸蔵触媒１２に連結される。排気管１３には排気管１３内を流れる排気ガス中に例えば炭化水素からなる還元剤を供給するための還元剤供給弁１４が取付けられる。
【００１０】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１５を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１５内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１６が配置される。また、ＥＧＲ通路１５周りにはＥＧＲ通路１５内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１７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１７内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１８を介してコモンレール１９に連結される。このコモンレール１９内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２０から燃料が供給され、コモンレール１９内に供給された燃料は各燃料供給管１８を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００１１】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。ＮＯx吸蔵触媒１２にはＮＯx吸蔵触媒１２の前後差圧を検出するための差圧センサ２１が取付けられており、この差圧センサ２１の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００１２】
アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌ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３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁９駆動用ステップモータ、還元剤供給弁１４、ＥＧＲ制御弁１６および燃料ポンプ２０に接続される。
【００１３】
図２に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。この実施例では排気管１３内にＳＯxトラップ触媒１１ｂから流出した排気ガス中のＳＯx濃度を検出するためのＳＯxセンサ２２が配置されている。
【００１４】
まず初めに図１および図２に示されるＮＯx吸蔵触媒１２について説明すると、これらＮＯx吸蔵触媒１２は三次元網目構造のモノリス担体或いはペレット状担体上に担持されているか、又はハニカム構造をなすパティキュレートフィルタ上に担持されている。このようにＮＯx吸蔵触媒１２は種々の担体上に担持させることができるが、以下ＮＯx吸蔵触媒１２をパティキュレートフィルタ上に担持した場合について説明する。
【００１５】
図３（Ａ）および（Ｂ）はＮＯx吸蔵触媒１２を担持したパティキュレートフィルタ１２ａの構造を示している。なお、図３（Ａ）はパティキュレートフィルタ１２ａの正面図を示しており、図３（Ｂ）はパティキュレートフィルタ１２ａの側面断面図を示している。図３（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ１２ａ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流通路６０，６１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓６２により閉塞された排気ガス流入通路６０と、上流端が栓６３により閉塞された排気ガス流出通路６１とにより構成される。なお、図３（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓６３を示している。従って排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は薄肉の隔壁６４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は各排気ガス流入通路６０が４つの排気ガス流出通路６１によって包囲され、各排気ガス流出通路６１が４つの排気ガス流入通路６０によって包囲されるように配置される。
【００１６】
パティキュレートフィルタ１２ａは例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは図３（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出する。
このようにＮＯx吸蔵触媒１２をパティキュレートフィルタ１２ａ上に担持させた場合には、各排気ガス流入通路６０および各排気ガス流出通路６１の周壁面、即ち各隔壁６４の両側表面上および隔壁６４内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図４はこの触媒担体４５の表面部分の断面を図解的に示している。図４に示されるように触媒担体４５の表面上には貴金属触媒４６が分散して担持されており、更に触媒担体４５の表面上にはＮＯx吸収剤４７の層が形成されている。
【００１７】
本発明による実施例では貴金属触媒４６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯx吸収剤４７を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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が用いられている。
【００１８】
機関吸気通路、燃焼室２およびＮＯx吸蔵触媒１２上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯx吸収剤４７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯxを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出するＮＯxの吸放出作用を行う。
【００１９】
即ち、ＮＯx吸収剤４７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図４に示されるように白金Ｐｔ４６上において酸化されてＮＯ2となり、次いでＮＯx吸収剤４７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吸収剤４７内に拡散する。このようにしてＮＯxがＮＯx吸収剤４７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ４６の表面でＮＯ2が生成され、ＮＯx吸収剤４７のＮＯx吸収能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯx吸収剤４７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3-が生成される。
【００２０】
これに対し、還元剤供給弁１４から還元剤を供給することによって排気ガスの空燃比をリッチ或いは理論空燃比にすると排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ3-→ＮＯ2）に進み、斯くしてＮＯx吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2の形でＮＯx吸収剤４７から放出される。次いで放出されたＮＯxは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。
【００２１】
このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯxがＮＯx吸収剤４７内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯx吸収剤４７のＮＯx吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯx吸収剤４７によりＮＯxを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施例ではＮＯx吸収剤４７の吸収能力が飽和する前に還元剤供給弁１４から還元剤を供給することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯx吸収剤４７からＮＯxを放出させるようにしている。
【００２２】
ところで排気ガス中にはＳＯx、即ちＳＯ2が含まれており、このＳＯ2がＮＯx吸蔵触媒１２に流入するとこのＳＯ2は白金Ｐｔ４６において酸化されてＳＯ3となる。次いでこのＳＯ3はＮＯx吸収剤４７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ＳＯ42-の形でＮＯx吸収剤４７内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ4を生成する。しかしながらＮＯx吸収剤４７が強い塩基性を有するためにこの硫酸塩ＢａＳＯ4は安定していて分解しづらく、排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ4は分解されずにそのまま残る。従ってＮＯx吸収剤４７内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ4が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれてＮＯx吸収剤４７が吸収しうるＮＯx量が低下することになる。
【００２３】
ところでこの場合、ＮＯx吸蔵触媒１２の温度を６００℃以上のＳＯx放出温度まで上昇させた状態でＮＯx吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯx吸収剤４７からＳＯxが放出される。ただし、この場合ＮＯx吸収剤４７からは少しずつしかＳＯxが放出されない。従ってＮＯx吸収剤４７から全ての吸収ＳＯxを放出させるには長時間に亘って空燃比をリッチにしなければならず、斯くして多量の燃料或いは還元剤が必要になるという問題がある。また、ＮＯx吸収剤４７から放出されたＳＯxは大気中に排出されることになり、このことも好ましいことではない。
【００２４】
そこで本発明ではＮＯx吸蔵触媒１２の上流に一対のＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂを配置してこれらＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂにより排気ガス中に含まれるＳＯxを捕獲し、それによってＮＯx吸蔵触媒１２にＳＯxが流入しないようにしている。次にこれらＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂについて説明する。
【００２５】
これらＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂは例えばハニカム構造のモノリス触媒からなり、ＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの軸線方向にまっすぐに延びる多数の排気ガス流通孔を有する。このようにＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂをハニカム構造のモノリス触媒から形成した場合には、各排気ガス流通孔の内周壁面上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図５はこの触媒担体５０の表面部分の断面を図解的に示している。図５に示されるように触媒担体５０の表面上にはコート層５１が形成されており、このコート層５１の表面上には貴金属触媒５２が分散して担持されている。
【００２６】
本発明による実施例では貴金属触媒５２として白金が用いられており、コート層５１を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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が用いられている。即ち、ＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂのコート層５１は強塩基性を呈している。
【００２７】
さて、排気ガス中に含まれるＳＯx、即ちＳＯ2は図５に示されるように白金Ｐｔ５２において酸化され、次いでコート層５１内に捕獲される。即ち、ＳＯ2は硫酸イオンＳＯ42-の形でコート層５１内に拡散し、硫酸塩を形成する。なお、上述したようにコート層５１は強塩基性を呈しており、従って図５に示されるように排気ガス中に含まれるＳＯ2の一部は直接コート層５１内に捕獲される。
【００２８】
図５においてコート層５１内における濃淡は捕獲されたＳＯxの濃度を示している。図５からわかるようにコート層５１内におけるＳＯx濃度はコート層５１の表面近傍が最も高く、奥部に行くに従って次第に低くなっていく。コート層５１の表面近傍におけるＳＯx濃度が高くなるとコート層５１の表面の塩基性が弱まり、ＳＯxの捕獲能力が弱まる。ここで排気ガス中に含まれるＳＯxのうちでＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂに捕獲されるＳＯxの割合をＳＯxトラップ率と称すると、コート層５１の表面の塩基性が弱まればそれに伴なってＳＯxトラップ率が低下することになる。
【００２９】
図６にＳＯxトラップ率の時間的変化を示す。図６に示されるようにＳＯxトラップ率は初めは１００パーセントに近いが時間が経過するとＳＯxトラップ率は急速に低下する。そこで本発明による実施例では図７に示されるようにＳＯxトラップ率が予め定められた率よりも低下したときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度を上昇させる昇温制御を行い、それによってＳＯxトラップ率を回復させるようにしている。
【００３０】
即ち、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度を上昇させるとコート層５１内の表面近傍に集中的に存在するＳＯxはコート層５１内におけるＳＯx濃度が均一となるようにコート層５１の奥部に向けて拡散していく。即ち、コート層５１内に生成されている硫酸塩はコート層５１の表面近傍に集中している不安定な状態からコート層５１内の全体に亘って均一に分散した安定した状態に変化する。コート層５１内の表面近傍に存在するＳＯxがコート層５１の奥部に向けて拡散するとコート層５１の表面近傍のＳＯx濃度が低下し、斯くしてＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの昇温制御が完了すると図７に示されるようにＳＯxトラップ率が回復する。
【００３１】
ＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの昇温制御を行ったときにＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度をほぼ４５０℃程度にすればコート層５１の表面近傍に存在するＳＯxをコート層５１内に拡散させることができ、ＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度を６００℃程度まで上昇させるとコート層５１内のＳＯx濃度をかなり均一化することができる。従ってＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの昇温制御時には排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度を６００℃程度まで昇温させることが好ましい。
【００３２】
なお、このようにＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂを昇温したときに排気ガスの空燃比をリッチにするとＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂからＳＯxが放出されてしまう。従ってＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂを昇温したときには排気ガスの空燃比をリッチにしてはならない。また、コート層５１の表面近傍のＳＯx濃度が高くなるとＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂを昇温しなくても排気ガスの空燃比をリッチにするとＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂからＳＯxが放出されてしまう。従って本発明ではＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度がＳＯx放出温度以上であるときにはＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂに流入する排気ガスの空燃比をリッチにしないようにしている。
【００３３】
本発明では基本的には車両を購入してから廃車するまでＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂを交換することなくそのまま使用することを考えている。近年では特に燃料内に含まれるイオウの量が減少せしめられており、従ってＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの容量を或る程度大きくすればＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂを交換することなく廃車するまでそのまま使用することができる。例えば車両の耐用走行距離を５０万kmとするとＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの容量は、走行距離が２５万km程度まで昇温制御することなく高いＳＯxトラップ率でもってＳＯxを捕獲し続けることのできる容量とされる。この場合、最初の昇温制御は走行距離が２５万km程度で行われる。
【００３４】
さて、図４を参照しつつ既に説明したようにＮＯx吸蔵触媒１２では排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯは貴金属触媒４６によりＮＯ2に酸化され、次いでＮＯx吸収剤４７に吸収される。即ち、貴金属触媒４６による酸化作用によってＮＯxがＮＯx吸収剤４７に吸収される。一方、ＮＯx吸収剤４７からＮＯxを放出すべく排気ガスの空燃比がリッチにされたときには貴金属触媒４６による還元作用によって吸収されていたＮＯxが還元される。
【００３５】
このようにＮＯx吸蔵触媒１２では貴金属触媒４６による酸化還元反応によってＮＯxの吸放出作用が行われる。この酸化還元反応は温度が低くなるにつれて弱まり、弱まった酸化還元反応は貴金属触媒４６を増量することによって強めることができる。従ってこのＮＯx吸蔵触媒１２において低温時に良好なＮＯxの吸放出作用を行うためには貴金属触媒４６を増量する必要がある。このようなＮＯx吸蔵触媒１２に限らず一般的な触媒においても低温時における活性を高めるためには貴金属触媒の担持量を増大させる必要がある。
【００３６】
しかしながら、ＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂはＮＯx吸蔵触媒１２を含め一般的な触媒とは逆になる。このことについて図８に示す実験結果を参照しつつ説明する。図８において横軸はＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度Ｔｓ（℃）を示しており、縦軸はＳＯ2捕獲率を示している。また、図８において実線Ａは白金Ｐｔの担持量が１ｇ／ｌの場合、実線Ｂは白金Ｐｔの担持量が１．５ｇ／ｌの場合、実線Ｃは白金Ｐｔの担持量が２．０ｇ／ｌの場合を夫々示している。即ち、図８において実線Ａは貴金属触媒５２の担持量の少ないＳＯxトラップ触媒１１ａ又は１１ｂを示しており、実線Ｃは貴金属触媒５２の担持量の多いＳＯxトラップ触媒１１ａ又は１１ｂを示している。
【００３７】
図８を参照するとＳＯ2捕獲率が高くなるＳＯxトラップ触媒１１ａ又は１１ｂはＳＯxトラップ触媒１１ａ又は１１ｂの温度Ｔｓがほぼ４００℃で逆転しており、Ｔｓ＜４００℃のとき、即ち低温時には貴金属触媒５２の担持量の少ないＳＯxトラップ触媒１１ａ又は１１ｂの方が貴金属触媒５２の担持量の多いＳＯxトラップ触媒１１ａ又は１１ｂよりもＳＯ2捕獲率が高く、Ｔｓ＞４００℃のとき、即ち高温時には貴金属触媒５２の担持量の多いＳＯxトラップ触媒１１ａ又は１１ｂの方が貴金属触媒５２の担持量の少ないＳＯxトラップ触媒１１ａ又は１１ｂよりもＳＯ2捕獲率が高くなる。
【００３８】
このように触媒の活性を高める貴金属触媒の担持量と温度との関係がＮＯx吸蔵触媒その他一般的な触媒と逆になるのはＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂにＳＯx、即ちＳＯ2を吸収させる機能のみを持たせているからである。即ち、排気ガス中に含まれるＳＯ2は酸性であるので本来的には貴金属触媒５２がなくても塩基性のコート層５１内に吸収される。即ち、ＳＯ2の吸収作用には貴金属触媒５２はあまり寄与していない。
【００３９】
ところで低温時には化学平衡によりＳＯ2はＳＯ3-に変化しようとする。このとき排気ガス中にＨＣが存在し貴金属触媒５２が存在するとＳＯ3-に対しＳＯ2に還元するように作用し、その結果、ＳＯ2捕獲量が減少する。この場合、ＳＯ2捕獲量を増大するにはＳＯ3-に対する還元作用を弱めればよく、そのためには貴金属触媒５２の担持量を少なくする必要がある。一方、上述したようにＳＯ2の吸収作用には貴金属触媒５２はあまり寄与しておらず、従って低温時には貴金属触媒５２の担持量を少なくするとＳＯ2捕獲率が高くなる。
【００４０】
一方、高温時には分子エネルギが高くなるためにＳＯ2は吸着しずらくなり、また高温になると化学平衡によりＳＯ3-はＳＯ2に変化しようとする。この場合、貴金属触媒５２の担持量を多くしておくとＳＯ2をＳＯ3-に酸化する作用が強力となり、斯くして多量のＳＯ3-を吸収した状態に保持しておくことができる。従って高温時には貴金属触媒５２の担持量を多くするとＳＯ2捕獲率が高くなる。
【００４１】
図８の実線Ａで示されるように低温時に高いＳＯ2捕獲率の得られるＳＯxトラップ触媒を低温用ＳＯxトラップ触媒と称し、図８の実線Ｃで示されるように高温時に高いＳＯ2捕獲率の得られるＳＯxトラップ触媒を高温用ＳＯxトラップ触媒と称すると、低温用ＳＯxトラップ触媒の貴金属触媒担持量は高温用ＳＯxトラップ触媒の貴金属触媒担持量よりも少なくされている。
【００４２】
この場合、ＳＯx捕獲率を高めるために低温用ＳＯxトラップ触媒は温度の低い排気ガスの流路内に配置され、高温用ＳＯxトラップ触媒は温度の高い排気ガスの流路内に配置される。図１および図２に示される実施例ではＳＯxトラップ触媒１１ａ内を流通する排気ガス温の方がＳＯxトラップ触媒１１ｂ内を流通する排気ガス温よりも高く、従ってＳＯxトラップ触媒１１ａが高温用ＳＯxトラップ触媒とされ、ＳＯxトラップ触媒１１ｂが低温用ＳＯxトラップ触媒とされる。
【００４３】
即ち、図１および図２に示される実施例では高温用ＳＯxトラップ触媒１１ａと低温用ＳＯxトラップ触媒１１ｂとが同一排気通路内において直列に配置されており、低温用ＳＯxトラップ触媒１１ｂが高温用ＳＯxトラップ触媒１１ａの下流に配置されている。なお、ＳＯxトラップ触媒内におけるＨＣの燃焼等何らかの理由によってＳＯxトラップ触媒１１ｂ内を流通する排気ガス温の方がＳＯxトラップ触媒１１ａ内を流通する排気ガス温よりも高くなる場合にはＳＯxトラップ触媒１１ｂが高温用トラップ触媒とされ、ＳＯxトラップ触媒１１ａが低温用トラップ触媒とされる。
【００４４】
前述したように本発明による実施例ではＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂのＳＯxトラップ率を回復するために昇温制御が行われる。図９はこの昇温制御方法の一例を示している。
さて、ＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度を上昇させるのに有効な方法の一つは燃料噴射時期を圧縮上死点以降まで遅角させる方法である。即ち、通常主燃料Ｑmは図９において、（Ｉ）に示されるように圧縮上死点付近で噴射される。この場合、図９の（II）に示されるように主燃料Ｑmの噴射時期が遅角されると後燃え期間が長くなり、斯くして排気ガス温が上昇する。排気ガス温が高くなるとそれに伴ってＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度が上昇する。
【００４５】
また、ＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度を上昇させるために図９の（III）に示されるように主燃料Ｑmに加え、吸気上死点付近において補助燃料Ｑvを噴射することもできる。このように補助燃料Ｑvを追加的に噴射すると補助燃料Ｑv分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために排気ガス温が上昇し、斯くしてＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度が上昇する。
一方、このように吸気上死点付近において補助燃料Ｑvを噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料Ｑvからアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中間生成物によって主燃料Ｑmの反応が加速される。従ってこの場合には図９の（III）に示されるように主燃料Ｑmの噴射時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。即ち、このように主燃料Ｑmの噴射時期を大巾に遅らせることができるので排気ガス温はかなり高くなり、斯くしてＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度をすみやかに上昇させることができる。
【００４６】
また、ＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度を上昇させるために図９の（IV）に示されるように主燃料Ｑmに加え、膨張行程中又は排気行程中に補助燃料Ｑpを噴射することもできる。即ち、この場合、大部分の補助燃料Ｑpは燃焼することなく未燃ＨＣの形で排気通路内に排出される。この未燃ＨＣはＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂ上において過剰酸素により酸化され、このとき発生する酸化反応熱によってＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度が上昇せしめられる。なお、いずれの方法により昇温した場合でもＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂに流入する排気ガスの空燃比はリッチにされることなくリーンに維持される。
【００４７】
次に図１０から図１２を参照しつつＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂにおけるＳＯx安定化処理の第１実施例について説明する。
この第１実施例では、ＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂに捕獲されたＳＯx量を推定し、ＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂに捕獲されたＳＯx量が予め定められた量を越えたときにＳＯxトラップ率が予め定められた率よりも低下したと判断され、このときＳＯxトラップ率を回復するために排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度を上昇させる昇温制御を行うようにしている。
【００４８】
即ち、燃料中には或る割合でイオウが含まれており、従って排気ガス中に含まれるＳＯx量、即ちＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂに捕獲されるＳＯx量は燃料噴射量に比例する。燃料噴射量は要求トルクおよび機関回転数の関数であり、従ってＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂに捕獲されるＳＯx量も要求トルクおよび機関回転数の関数となる。本発明による実施例ではＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂに単位時間当り捕獲されるＳＯx量ＳＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１０（Ａ）に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００４９】
また、潤滑油内にも或る割合でイオウが含まれており、燃焼室２内で燃焼せしめられる潤滑油量、即ち排気ガス中に含まれていてＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂに捕獲されるＳＯx量も要求トルクおよび機関回転数の関数となる。本発明による実施例では潤滑油に含まれていてＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂに単位時間当り捕獲されるＳＯxの量ＳＯＸＢが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１０（Ｂ）に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、ＳＯx量ＳＯＸＡおよびＳＯx量ＳＯＸＢの和を積算することによってＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂに捕獲されているＳＯx量ΣＳＯＸが算出される。
【００５０】
また、本発明による実施例では図１０（Ｃ）に示されるようにＳＯx量ΣＳＯＸと、ＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂを昇温処理すべきときの予め定められたＳＯx量ＳＯ（ｎ）との関係が予め記憶されており、ＳＯx量ΣＳＯＸが予め定められたＳＯ（ｎ）（ｎ＝１，２，３，…）を越えたときにＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの昇温処理が行われる。なお、図１０（Ｃ）においてはｎは何回目の昇温処理であるかを示している。図１０（Ｃ）からわかるようにＳＯxトラップ率を回復するための昇温処理回数ｎが増大するにつれて予め定められた量ＳＯ（ｎ）が増大せしめられ、この予め定められた量ＳＯ（ｎ）の増大割合は処理回数ｎが増大するほど減少する。即ち、ＳＯ（２）に対するＳＯ（３）の増大割合はＳＯ（１）に対するＳＯ（２）の増大割合よりも減少する。
【００５１】
即ち、図１１のタイムチャートに示されるようにＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂに捕獲されたＳＯx量ΣＳＯＸは許容値ＭＡＸまで時間の経過と共に増大し続ける。なお、図１１においてΣＳＯＸ＝ＭＡＸになったときが走行距離にして５０万km程度のときである。
【００５２】
一方、図１１においてＳＯx濃度はＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの表面近傍におけるＳＯx濃度を示している。図１１からわかるようにＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの表面近傍におけるＳＯx濃度が許容値ＳＯＺを越えると排気ガスの空燃比Ａ／ＦがリーンのもとでＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度Ｔを上昇させる昇温制御が行われる。昇温制御が行われるとＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの表面近傍におけるＳＯx濃度は減少するがこのＳＯx濃度の減少量は昇温制御が行われる毎に小さくなり、従って昇温制御が行われてから次に昇温制御が行われるまでの期間は昇温制御が行われる毎に短かくなる。
【００５３】
なお、図１１に示されるように捕獲されたＳＯx量ΣＳＯＸがＳＯ（１），ＳＯ（２），…に達するということはＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの表面近傍におけるＳＯx濃度が許容値ＳＯＺに達したことを意味している。
【００５４】
図１２はＳＯx安定化処理の第１実施例を実行するためのルーチンを示している。
図１２を参照するとまず初めにステップ１００において図１０（Ａ），（Ｂ）から夫々単位時間当り捕獲されるＳＯx量ＳＯＸＡおよびＳＯＸＢが読み込まれる。次いでステップ１０１ではこれらＳＯＸＡおよびＳＯＸＢの和がＳＯx量ΣＳＯＸに加算される。次いでステップ１０２ではＳＯx量ΣＳＯＸが図１０（Ｃ）に示される予め定められた量ＳＯ（ｎ）（ｎ＝１，２，３，…）に達したか否かが判別される。ＳＯx量ΣＳＯＸが予め定められた量ＳＯ（ｎ）に達したときにはステップ１０３に進んで昇温制御が行われる。
【００５５】
図１３および図１４にＳＯx安定化処理の第２実施例を示す。この実施例では図２に示されるようにＳＯxトラップ触媒１１ｂの下流にＳＯxセンサ２２が配置されており、このＳＯxセンサ２２によってＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂから流出した排気ガス中のＳＯx濃度が検出される。即ち、この第２実施例では図１４に示されるようにＳＯxセンサ２２により検出された排気ガス中のＳＯx濃度が予め定められた濃度ＳＯＹを越えたときにＳＯxトラップ率が予め定められた率よりも低下したと判断され、このときＳＯxトラップ率を回復するために排気ガスの空燃比Ａ／ＦがリーンのもとでＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度Ｔを上昇せしめる昇温制御が行われる。
【００５６】
図１３はこの第２実施例を実行するためのルーチンを示している。
図１３を参照するとまず初めにステップ１１０においてＳＯxセンサ２２の出力信号、例えば出力電圧Ｖが読込まれる。次いでステップ１１１ではＳＯxセンサ２２の出力電圧Ｖが設定値ＶＸを越えたか否か、即ち排気ガス中のＳＯx濃度が予め定められた濃度ＳＯＹを越えたか否かが判別される。Ｖ＞ＶＸになると、即ち排気ガス中のＳＯx濃度が予め定められた濃度ＳＯＹを越えるとステップ１１２に進んで昇温制御が行われる。
【００５７】
次に図１５を参照しつつＮＯx吸蔵触媒１２に対する処理について説明する。
本発明による実施例ではＮＯx吸蔵触媒１２に単位時間当り吸蔵されるＮＯx量ＮＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１６に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、このＮＯx量ＮＯＸＡを積算することによってＮＯx吸蔵触媒１２に吸蔵されたＮＯx量ΣＮＯＸが算出される。本発明による実施例では図１５に示されるようにこのＮＯx量ΣＮＯＸが許容値ＮＸに達する毎にＮＯx吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチにされ、それによってＮＯx吸蔵触媒１２からＮＯxが放出される。
【００５８】
なお、ＮＯx吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比Ａ／ＦをリッチにするときにＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂに流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持しておかなければならない。従って本発明による実施例ではＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂとＮＯx吸蔵触媒１２との間の排気通路内に還元剤供給装置、例えば図１および図２に示されるように還元剤供給弁１４が配置されており、ＮＯx吸蔵触媒１２からＮＯxを放出すべきときにはこの還元剤供給弁１４から排気通路内に還元剤を供給することによりＮＯx吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするようにしている。
【００５９】
一方、排気ガス中に含まれる粒子状物質はＮＯx吸蔵触媒１２を担持しているパティキュレートフィルタ１２ａ上に捕集され、順次酸化される。しかしながら捕集される粒子状物質の量が酸化される粒子状物質の量よりも多くなると粒子状物質がパティキュレートフィルタ１２ａ上に次第に堆積し、この場合粒子状物質の堆積量が増大すると機関出力の低下を招いてしまう。従って粒子状物質の堆積量が増大したときには堆積した粒子状物質を除去しなければならない。この場合、空気過剰のもとでパティキュレートフィルタ１２ａの温度を６００℃程度まで上昇させると堆積した粒子状物質が酸化され、除去される。
【００６０】
そこで本発明による実施例ではパティキュレートフィルタ１２ａ上に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでパティキュレートフィルタ１２ａの温度を上昇させ、それによって堆積した粒子状物質を酸化除去するようにしている。具体的に言うと本発明による実施例では差圧センサ２１により検出されたパティキュレートフィルタ１２ａの前後差圧ΔＰが図１５に示されるように許容値ＰＸを越えたときに堆積粒子状物質の量が許容量を越えたと判断され、このときパティキュレートフィルタ１２ａ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１２ａの温度Ｔが上昇させる昇温制御が行われる。なお、パティキュレートフィルタ１２ａの温度Ｔが高くなるとＮＯx吸蔵触媒１２からＮＯxが放出されるために捕獲されているＮＯx量ΣＮＯＸは減少する。
【００６１】
パティキュレートフィルタ１２ａを昇温すべきときにＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂを昇温させる必要はない。従ってパティキュレートフィルタ１２ａを昇温させるときには排気ガスの空燃比をリーンに維持しうる範囲内で還元剤供給弁１４から還元剤が供給され、この還元剤の酸化反応熱でパティキュレートフィルタ１２ａの温度Ｔが上昇せしめられる。
【００６２】
図１７はＮＯx吸蔵触媒１２に対する処理ルーチンを示している。
図１７を参照するとまず初めにステップ１２０において図１６に示すマップから単位時間当り吸蔵されるＮＯx量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ１２１ではこのＮＯＸＡがＮＯx吸蔵触媒１２に吸蔵されているＮＯx量ΣＮＯＸに加算される。次いでステップ１２２では吸蔵ＮＯx量ΣＮＯＸが許容値ＮＸを越えたか否かが判別され、ΣＮＯＸ＞ＮＸとなったときにはステップ１２３に進んで還元剤供給弁１４から供給された還元剤によってＮＯx吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換えるリッチ処理が行われ、ΣＮＯＸがクリアされる。
【００６３】
次いでステップ１２４では差圧センサ２１によりパティキュレートフィルタ１２ａの前後差圧ΔＰが検出される。次いでステップ１２５では差圧ΔＰが許容値ＰＸを越えたか否かが判別され、ΔＰ＞ＰＸとなったときにはステップ１２６に進んでパティキュレートフィルタ１２ａの昇温制御が行われる。この昇温制御はパティキュレートフィルタ１２ａに流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ還元剤供給弁１４から還元剤を供給することによって行われる。
【００６４】
図１８に更に別の実施例を示す。この実施例では排気タービン７ｂの出口に接続された排気管２３から一対の排気枝通路２４ａ，２４ｂが分岐され、各排気枝通路２４ａ，２４ｂ内に夫々高温用ＳＯxトラップ触媒１１ａと低温用ＳＯxトラップ触媒１１ｂとが配置される。これら排気枝通路２４ａ，２４ｂは互いに合流して排気管１３に連結される。図１８に示されるように排気管２３からの各排気枝通路２４ａ，２４ｂの分岐部には流路切換弁２５が配置され、排気管２３内には排気ガス温を検出するための温度センサ２６が配置される。
【００６５】
図１９に流路切換弁２５の切換え制御を示す。図１９を参照するとステップ１３０では温度センサ２６により検出された排気ガス温Ｔｅが予め定められた温度Ｔ0、例えば４００℃よりも高いか否かが判別される。Ｔｅ＞Ｔ0のときにはステップ１３１に進んで高温用ＳＯxトラップ触媒１１ａの配置されている排気枝通路２４ａ内、即ち高温ラインに排気ガスが流入するように流路切換弁２５が実線で示す位置に切換えられる。これに対し、Ｔｅ≦Ｔ0のときにはステップ１３２に進んで低温用ＳＯxトラップ触媒１１ｂの配置されている排気枝通路２４ｂ内、即ち低温ラインに排気ガスが流入するように流路切換弁２５が破線で示す位置に切換えられる。
【００６６】
即ち、言い換えるとこの実施例では機関排気通路が温度の高い方の排気ガスが流通する高温用排気枝通路２４ａと温度の低い方の排気ガスが流通する低温用排気枝通路２４ｂに分岐され、高温用ＳＯxトラップ触媒１１ａが高温用排気枝通路２４ａ内に配置され、低温用ＳＯxトラップ触媒１１ｂが低温用排気枝通路２４ｂ内に配置されていることになる。従って各ＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂにおいて高いＳＯx捕獲率を確保することができる。
【００６７】
一方、ＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度が極度に高くなると、即ちほぼ６００℃以上になると排気ガスの空燃比がリーンであってもＳＯxトラップ触媒１１ａ，１１ｂからＳＯxの放出が開始される。図２０は図８の実線Ａで示される場合、即ち白金Ｐｔの担持量が１ｇ／ｌの場合と、図８の実線Ｃで示される場合、即ち白金Ｐｔの担持量が２ｇ／ｌの場合のＳＯx放出量を示している。図２０から白金Ｐｔの担持量が多い方、即ち高温用ＳＯxトラップ触媒１１ａの方がＳＯx放出量が多いことがわかる。
【００６８】
白金Ｐｔの担持量が多くなるとＳＯ3-の還元作用が進み、その結果多量のＳＯxが放出されるものと考えられる。従って本発明による実施例では排気ガス温が極度に高くなったときには高温用ＳＯxトラップ触媒１１ａから多量のＳＯxが放出されるのを阻止するために排気ガスの流入するＳＯxトラップ触媒が高温用ＳＯxトラップ触媒１１ａから低温用ＳＯxトラップ触媒１１ｂに切換えられる。
【００６９】
図２１に流路切換弁２５の切換え制御を行うためのルーチンを示す。
図２１を参照するとまず初めにステップ１４０において温度センサ２６により検出された排気ガスの温度Ｔｅが予め定められた温度Ｔ1、例えば４００℃よりも低いか否かが判別される。Ｔｅ＜Ｔ1のときにはステップ１４５に進んで低温用ＳＯxトラップ触媒１１ｂの配置されている排気枝通路２４ｂ内、即ち低温ラインに排気ガスが流入するように流路切換弁２５が破線で示す位置に切換えられる。
【００７０】
これに対し、ステップ１４０においてＴｅ≧Ｔ1であると判別されたときにはステップ１４１に進んで温度センサ２６により検出された排気ガスの温度Ｔｅが予め定められた温度Ｔ2、例えば６００℃よりも高いか否かが判別される。Ｔｅ＞Ｔ2のときにはステップ１４５に進んで低温用ＳＯxトラップ触媒１１ｂの配置されている排気枝通路２４ｂ内、即ち低温ラインに排気ガスが流入するように流路切換弁２５が破線で示す位置に切換えられる。従って高温用ＳＯxトラップ触媒１１ａから多量のＳＯxが放出されるのが阻止される。
【００７１】
一方、ステップ１４１においてＴｅ≦Ｔ2であると判別されたときにはステップ１４２に進んでＳＯx吸蔵量のスレッシュホルド値ＳＯＲが算出される。即ち、ＳＯx吸蔵量が多くなったときに貴金属の担持量の多い高温用ＳＯxトラップ触媒１１ａに排気ガスを流通させておくと高温用ＳＯxトラップ触媒１１ａからＳＯxが放出される危険性がある。そこでこの実施例ではＳＯx吸蔵量が多くなったときには排気ガスを低温用ＳＯxトラップ１１ｂに流入させるようにしている。
【００７２】
なお、ステップ１４２において算出されるＳＯx吸蔵量のスレッシュホルド値ＳＯＲはＳＯx量ΣＳＯＸがＳＯ（ｉ）とＳＯ（ｉ＋１)との間である場合、ＳＯ（ｉ）とＳＯ（ｉ＋１）の中間値とされる。ステップ１４３ではＳＯx量ΣＳＯＸがこのスレッシュホルド値ＳＯＲよりも高いか否かが判別される。ΣＳＯＸ≦ＳＯＲのときにはステップ１４４に進んで高温用ＳＯxトラップ触媒１１ａの配置されている排気枝通路２４ａ内、即ち高温ラインに排気ガスが流入するように流路切換弁２５が実線で示す位置に切換えられる。
【００７３】
これに対し、ΣＳＯＸ＞ＳＯＲのとき、即ちＳＯx吸蔵量が多いときにはステップ１４５に進んで低温用ＳＯxトラップ触媒１１ｂの配置されている排気枝通路２４ｂ内、即ち低温ラインに排気ガスが流入するように流路切換弁２５が破線で示す位置に切換えられる。それによって高温用ＳＯxトラップ触媒１１ａからＳＯxが放出されるのを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
【図３】パティキュレートフィルタの構造を示す図である。
【図４】ＮＯx吸蔵触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。
【図５】ＳＯxトラップ触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。
【図６】ＳＯxトラップ率を示す図である。
【図７】昇温制御を説明するための図である。
【図８】ＳＯ2捕獲率を示す図である。
【図９】噴射時期を示す図である。
【図１０】吸蔵ＳＯx量ΣＳＯＸと、昇温制御を行うべき吸蔵ＳＯx量ＳＯ（ｎ）との関係等を示す図である。
【図１１】吸蔵ＳＯx量ΣＳＯＸ等の変化を示すタイムチャートである。
【図１２】ＳＯx安定化処理の第１実施例を実行するためのフローチャートである。
【図１３】ＳＯx安定化処理の第２実施例を実行するためのフローチャートである。
【図１４】ＳＯx安定化処理を示すタイムチャートである。
【図１５】パティキュレートフィルタの昇温制御を示すタイムチャートである。
【図１６】吸蔵ＮＯx量ＮＯＸＡのマップを示す図である。
【図１７】ＮＯx吸蔵触媒に対する処理を実行するためのフローチャートである。
【図１８】圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す全体図である。
【図１９】流路切換弁の切換え制御を行うためのフローチャートである。
【図２０】ＳＯx放出率を示す図である。
【図２１】流路切換弁の切換え制御を行うためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００７５】
４    吸気マニホルド
５    排気マニホルド
７    排気ターボチャージャ
１１ａ    高温用ＳＯxトラップ触媒
１１ｂ    低温用ＳＯxトラップ触媒
１２    ＮＯx吸蔵触媒
１４    還元剤供給弁
【図１】
0004747885.tif 000002
【図２】
0004747885.tif 000003
【図３】
0004747885.tif 000004
【図４】
0004747885.tif 000005
【図５】
0004747885.tif 000006
【図６】
0004747885.tif 000007
【図７】
0004747885.tif 000008
【図８】
0004747885.tif 000009
【図９】
0004747885.tif 000010
【図１０】
0004747885.tif 000011
【図１１】
0004747885.tif 000012
【図１２】
0004747885.tif 000013
【図１３】
0004747885.tif 000014
【図１４】
0004747885.tif 000015
【図１５】
0004747885.tif 000016
【図１６】
0004747885.tif 000017
【図１７】
0004747885.tif 000018
【図１８】
0004747885.tif 000019
【図１９】
0004747885.tif 000020
【図２０】
0004747885.tif 000021
【図２１】
0004747885.tif 000022