(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路上にＮＯX保持剤と該ＮＯX保持剤の排気下流側に配置された硫黄保持剤とを具備し、これらＮＯX保持剤及び硫黄保持剤はそれぞれ硫黄離脱条件以外の条件において排気ガス中に含まれる硫黄成分を保持すると共に硫黄離脱条件において保持している硫黄成分を排気ガス中に離脱させ、上記ＮＯX保持剤から硫黄成分を離脱させるべきときに該ＮＯX保持剤を硫黄離脱条件に到達させる上流側硫黄離脱処理を実行する上流側硫黄離脱手段をさらに具備する排気浄化装置において、
上記上流側硫黄離脱手段は、上記硫黄保持剤がその硫黄離脱条件に到達することがないように且つ上記ＮＯX保持剤から排出された排気ガス中の硫黄成分が上記硫黄保持剤に保持されるように上流側硫黄離脱処理を実行する排気浄化装置。
【請求項２】
上記ＮＯX保持剤及び硫黄保持剤の硫黄離脱条件は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ＮＯX保持剤及び硫黄保持剤の温度がそれぞれの硫黄離脱温度より高いことである請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
上記上流側硫黄離脱手段は上記ＮＯX保持剤の排気下流であって上記硫黄保持剤の排気上流において排気ガス中に空気を供給するための空気供給手段を有し、該空気供給手段によって上記硫黄保持剤に流入する排気ガス中に空気を供給することで該硫黄保持剤がその硫黄離脱条件にならないようにした請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
上記上流側硫黄離脱手段は上記硫黄保持剤の温度を制御するための温度制御手段を有し、上記上流側硫黄離脱処理を実行するときには温度制御手段によって上記硫黄保持剤がその硫黄離脱条件にならないようにした請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
上記硫黄保持剤に保持された硫黄成分を離脱させることが許容される状態であるか否かを判定するための判定手段と、上記硫黄保持剤をその硫黄離脱条件に到達させる下流側硫黄離脱処理を実行することができる下流側硫黄離脱手段とをさらに具備し、該判定手段によって硫黄成分を離脱させることが許容される状態であると判定されたときに下流側硫黄離脱手段によって下流側硫黄離脱処理を実行するようにした請求項１〜４のいずれか一つに記載の排気浄化装置。
【請求項６】
上記硫黄保持剤に保持された硫黄成分量を算出する硫黄保持量算出手段をさらに具備し、上記判定手段によって硫黄成分を離脱させることが許容される状況であると判定されたときであっても硫黄保持量算出手段によって算出された硫黄成分量が予め定められた量以下であるときには下流側硫黄離脱処理を実行しないようにした請求項５に記載の排気浄化装置。
【請求項７】
上記下流側硫黄離脱手段は上記ＮＯX保持剤の排気下流であって上記硫黄保持剤の排気上流において排気ガス中に還元剤を添加するための還元剤添加装置である請求項５または６に記載の排気浄化装置。
【請求項８】
上記ＮＯX保持剤をバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路に流入する排気ガスとＮＯX保持剤に流入する排気ガスとの割合を調整する割合調整弁とをさらに具備し、下流側硫黄離脱処理が実行されるときには機関本体から排出される排気ガスの少なくとも一部がバイパス通路に流入するように割合調整弁を調整するようにした請求項５〜７のいずれか一つに記載の排気浄化装置。
【請求項９】
上記硫黄保持剤に保持された硫黄成分を離脱させることが許容される状態が該硫黄保持剤から大気に硫黄成分を放出したときに該放出せしめられた硫黄成分を含む局所的な大気中の硫黄成分濃度が予め設定した濃度以下になると予想される状態である請求項５〜８のいずれか一つに記載の排気浄化装置。
【請求項１０】
上記ＮＯX保持剤に保持された硫黄成分の量が所定量以上になったときに該ＮＯX保持剤の硫黄離脱処理が実行され、上記硫黄保持剤が保持可能な硫黄成分量はＮＯX保持剤の上記所定量よりも多い請求項１〜９のいずれか一つに記載の排気浄化装置。
【請求項１１】
上記ＮＯX保持剤および上記硫黄保持剤のうち少なくとも一方は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る請求項１〜１０のいずれか一つに記載の排気浄化装置。
【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】
内燃機関において流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに窒素酸化物（ＮＯx）を保持し、流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると保持しているＮＯxを離脱させて排気ガス中の還元剤によりＮＯxを浄化することができるＮＯx保持剤が公知である。
【０００３】
通常、ＮＯx保持剤は排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯx）の形で含まれている硫黄成分を保持した量が多くなるとＮＯx保持剤のＮＯx保持能力が低下する。したがって、ＮＯx保持剤のＮＯx保持能力を維持するためにＮＯx保持剤に保持されたＳＯx量が一定量近傍となったときにＳＯx保持剤に保持されているＳＯxを離脱させなければならない。
【０００４】
一方、ＳＯxは大気汚染を促進する有害な排気物質である。また、ＳＯx保持剤からＳＯxを離脱させると、離脱したＳＯxの一部が排気ガス中のＨＣやＣＯと反応して硫化水素（Ｈ2Ｓ）を生成する。このＨ2Ｓは大量に存在すると強い臭気を放つ有害な排気物質である。したがって、ＳＯxやＨ2Ｓ等の硫黄成分を大気中に放出すると大気中の特定領域の硫黄成分濃度が高くなってしまう場合にはＮＯx保持剤からＳＯxを離脱させるべきではない。
【０００５】
そこで、ＮＯx保持剤の排気後流にＳＯx保持剤を配置した排気浄化装置が提案された。このような排気浄化装置では、硫黄成分を大気中に放出すると大気中の特定領域の硫黄成分濃度が高くなってしまう場合にＮＯx保持剤から離脱せしめられた硫黄成分をＳＯx保持剤に保持させ、硫黄成分を大気中に放出しても大気中の特定領域の硫黄成分濃度が高くならない場合にＳＯx保持剤に保持させた硫黄成分を離脱させて、大気中に放出させるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような排気浄化装置では、ＮＯx保持剤から硫黄成分を離脱させるための硫黄離脱処理を行うと、その硫黄離脱処理によってＮＯx保持剤がその硫黄離脱条件に到達するだけでなくＳＯx保持剤までもその硫黄離脱条件に到達してしまってＳＯx保持剤にＳＯxが保持されず、よってＮＯx保持剤から離脱せしめられた硫黄成分がＳＯx保持剤を通過してそのまま大気中に放出されてしまうことがあった。したがって、硫黄成分を大気中に放出すると大気中の特定領域の硫黄成分濃度が高くなってしまう場合にも大気中に硫黄成分が放出されてしまうことがあった。
【０００７】
したがって本発明の目的は排気上流側の保持剤において硫黄成分離脱処理を行っても大気中に硫黄成分が放出されてしまうことのない排気浄化装置を提供することにある。
【０００８】
【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、機関排気通路上にＮＯX保持剤と該ＮＯX保持剤の排気下流側に配置された硫黄保持剤とを具備し、これらＮＯX保持剤及び硫黄保持剤はそれぞれ硫黄離脱条件以外の条件において排気ガス中に含まれる硫黄成分を保持すると共に硫黄離脱条件において保持している硫黄成分を排気ガス中に離脱させ、上記ＮＯX保持剤から硫黄成分を離脱させるべきときに該ＮＯX保持剤を硫黄離脱条件に到達させる上流側硫黄離脱処理を実行する上流側硫黄離脱手段をさらに具備する排気浄化装置において、上記上流側硫黄離脱手段は、上記硫黄保持剤がその硫黄離脱条件に到達することがないように且つ上記ＮＯX保持剤から排出された排気ガス中の硫黄成分が上記硫黄保持剤に保持されるように上流側硫黄離脱処理を実行する。
【０００９】
一般に、ＮＯX保持剤の硫黄離脱条件と硫黄保持剤の硫黄離脱条件とは類似しているため、ＮＯX保持剤をその硫黄離脱条件に到達させると硫黄保持剤もその硫黄離脱条件に到達してしまうことが多い。このためＮＯX保持剤をその硫黄離脱条件に到達させると、ＮＯX保持剤から離脱せしめられた硫黄成分はそのまま大気中に放出されてしまう。これに対して第１の発明では、ＮＯX保持剤の硫黄離脱処理を実行しＮＯX保持剤がその硫黄離脱条件に到達せしめられても硫黄保持剤がその硫黄離脱条件に到達しないため、ＮＯX保持剤から離脱せしめられた硫黄成分はほとんどが硫黄保持剤に保持される。
【００１０】
第２の発明では、第１の発明において、上記ＮＯX保持剤及び硫黄保持剤の硫黄離脱条件は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ＮＯX保持剤及び硫黄保持剤の温度がそれぞれの硫黄離脱温度より高いことである。
したがって、ＮＯX保持剤の硫黄離脱処理が行われるときには、ＮＯX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にされると共にＮＯX保持剤の温度がその硫黄離脱温度よりも高くされながらも、硫黄保持剤がその硫黄離脱条件に到達しないように、硫黄保持剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンにされるかまたは硫黄保持剤の温度がその硫黄離脱温度よりも低くされる。
【００１１】
第３の発明では、第１又は２の発明において、上記上流側硫黄離脱手段は上記ＮＯX保持剤の排気下流であって上記硫黄保持剤の排気上流において排気ガス中に空気を供給するための空気供給手段を有し、該空気供給手段によって上記硫黄保持剤に流入する排気ガス中に空気を供給することで該硫黄保持剤がその硫黄離脱条件にならないようにした。
第３の発明では、上流側硫黄保持剤の硫黄離脱処理を実行したときに、ＮＯX保持剤から排出され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たとしても、その排気ガスが硫黄保持剤に流入する前に排気ガスに空気が供給されて排気ガスの空燃比がリーンとされるため、硫黄保持剤は硫黄離脱条件とならない。
【００１２】
第４の発明では、第１又は２の発明において、上記上流側硫黄離脱手段は上記硫黄保持剤の温度を制御するための温度制御手段を有し、上記上流側硫黄離脱処理を実行するときには温度制御手段によって上記硫黄保持剤がその硫黄離脱条件にならないようにした。
第４の発明では、ＮＯX保持剤の硫黄離脱処理を実行したときに、硫黄保持剤の温度がその硫黄離脱温度以下となるように調整されるため、硫黄保持剤は硫黄離脱条件とならない。なお、実際の温度制御手段としては、ＮＯX保持剤と硫黄保持剤との間の排気管の距離を長くし、排気ガスがこの排気管を通過する間に排気ガスを冷却することや、ＮＯX保持剤と硫黄保持剤との間の排気管を冷却する冷却ファンを配置すること等が考えられる。また、第３の発明と同様に排気ガス中に外気を導入することによっても排気ガスを冷却することができる。
【００１３】
第５の発明では、第１〜４のいずれか一つの発明において、上記硫黄保持剤に保持された硫黄成分を離脱させることが許容される状態であるか否かを判定するための判定手段と、上記硫黄保持剤をその硫黄離脱条件に到達させる下流側硫黄離脱処理を実行することができる下流側硫黄離脱手段とをさらに具備し、該判定手段によって硫黄成分を離脱させることが許容される状態であると判定されたときに下流側硫黄離脱手段によって下流側硫黄離脱処理を実行するようにした。
【００１４】
第５の発明によれば、硫黄保持剤に保持された硫黄成分を離脱させることが許容されると判定された場合に、硫黄保持の硫黄離脱処理を行うことによって硫黄成分が硫黄保持剤から離脱せしめられて大気中に放出される。逆に言えば、例えば硫黄保持剤の硫黄離脱処理を実行していない状態で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たり、硫黄保持剤の温度が硫黄離脱温度近傍であったりして効率的に硫黄保持剤の硫黄離脱処理を実行することができるような場合であっても、すなわち効率的に硫黄保持剤から硫黄成分を離脱させることが可能であっても、硫黄成分を離脱させることが許容されないと判定された場合には硫黄保持剤の硫黄離脱処理は実行されず、よって硫黄成分は硫黄保持剤から離脱せしめられない。
【００１５】
第６の発明では、第５の発明において、上記硫黄保持剤に保持された硫黄成分量を算出する硫黄保持量算出手段をさらに具備し、上記判定手段によって硫黄成分を離脱させることが許容される状況であると判定されたときであっても硫黄保持量算出手段によって算出された硫黄成分量が予め定められた量以下であるときには下流側硫黄離脱処理を実行しないようにした。
【００１６】
硫黄保持剤の硫黄離脱処理を実行する場合、上述したように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保持剤の温度をその硫黄離脱温度以上に昇温させなければならない。このような操作をするためには例えば排気ガス中に未燃の燃料を含有させたり、昇温装置で硫黄保持剤を昇温させたりする。ところが排気ガス中に未燃の燃料を含有させれば燃費が悪化し、昇温装置を用いれば硫黄保持剤の昇温にエネルギが消費されるため、硫黄離脱処理の回数は少ない方がよい。これに対して第６の発明では、硫黄保持剤に保持された硫黄成分量が予め定められた量以下であるときには硫黄離脱処理を実行しないため、硫黄離脱処理の実行回数が減り、燃費の悪化やエネルギの消費を防止することができる。
【００１７】
第７の発明では、第５または６の発明において、上記下流側硫黄離脱手段は上記ＮＯX保持剤の排気下流であって上記硫黄保持剤の排気上流において排気ガス中に還元剤を添加するための還元剤添加装置である。
一般に、硫黄離脱処理を行うために排気ガスの温度を上げたり排気ガス中に未燃の燃料を含有させたりするのに、内燃機関から排出される排気ガスの特性に関するパラメータを変化させることが多い。ところが内燃機関から排出される排気ガスの特性に関するパラメータを変化させるには最適な運転状態にあった内燃機関を僅かに最適な状態とは異なった状態で運転させなければならず、このため内燃機関の安定性および出力性能が僅かながらも低下する。これに対して、第７の発明では内燃機関から排出される排気ガスの特性に関するパラメータを変化させる必要がない。このため第７の発明の硫黄離脱処理を行っても内燃機関の安定性および出力性能には何ら影響を与えない。
【００１８】
第８の発明では、第５〜７のいずれか一つの発明において、上記ＮＯX保持剤をバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路に流入する排気ガスとＮＯX保持剤に流入する排気ガスとの割合を調整する割合調整弁とをさらに具備し、下流側硫黄離脱処理が実行されるときには機関本体から排出される排気ガスの少なくとも一部がバイパス通路に流入するように割合調整弁を調整するようにした。
【００１９】
排気浄化手段の下流に硫黄保持剤を配置する構成では、内燃機関から排出された排気ガスはＮＯX保持剤を通過してから硫黄保持剤に流入する。この場合、硫黄保持剤の硫黄離脱処理として硫黄保持剤をその硫黄離脱温度まで上昇させるように内燃機関から排出される排気ガスのパラメータを制御すると、ＮＯX保持剤もその影響を受けて必要以上に高温になってしまう。これに対して第８の発明では、硫黄保持剤の硫黄離脱処理が実行されるときにＮＯX保持剤がバイパスされる。このため内燃機関から排出された排気ガスの少なくとも一部、好ましくは全部がＮＯX保持剤を通らずに直接硫黄保持剤に流入するので、ＮＯX保持剤が高温になってしまうことが回避される。
【００２０】
第９の発明では、第５〜８のいずれか一つの発明において、上記硫黄保持剤に保持された硫黄成分を離脱させることが許容される状態が該硫黄保持剤から大気に硫黄成分を放出したときに該放出せしめられた硫黄成分を含む局所的な大気中の硫黄成分濃度が予め設定した濃度以下になると予想される状態である。
大気中の硫黄成分はその濃度が高くなると、例えばＨ2Ｓが強い臭気を放つ等の理由から環境汚染が促進される。これに対して第９の発明によれば、離脱した硫黄成分を含む局所的な大気中の硫黄成分濃度が予め設定した濃度以下に抑えられることにより、硫黄成分による環境汚染を最小限に抑えることができる。
【００２１】
第１０の発明では、第１〜９のいずれか一つの発明において、上記ＮＯX保持剤に保持された硫黄成分の量が所定量以上になったときに該ＮＯX保持剤の硫黄離脱処理が実行され、上記硫黄保持剤が保持可能な硫黄成分量はＮＯX保持剤の上記所定量よりも多い。
第１０の発明によれば、硫黄保持剤が保持可能な硫黄成分量がＮＯX保持剤の上記所定量よりも多いため、ＮＯX保持剤の硫黄離脱処理が行われて硫黄成分がＮＯX保持剤から離脱せしめられた場合、離脱された硫黄成分を硫黄保持剤が全て保持することができる。さらに、硫黄保持剤が保持可能な硫黄成分量がＮＯX保持剤の所定量の数倍であれば、硫黄保持剤はＮＯX保持剤で硫黄離脱処理が数回行われてもＮＯX保持剤から離脱せしめられた硫黄成分を全て保持することができる。
【００２３】
第１１の発明では、第１〜１０のいずれか一つの発明において、上記ＮＯX保持剤および上記硫黄保持剤のうち少なくとも一方は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る。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の排気浄化装置を説明する。図１は本発明の排気浄化装置を備えた火花点火式内燃機関を示す。なお本発明は圧縮着火式内燃機関にも適用可能である。
【００２５】
図１および図２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。
【００２６】
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、さらに吸気ダクト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に示した内燃機関では冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により吸入空気が冷却される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管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２２を介してＮＯx保持剤２３を内蔵したケーシング２４に連結される。ＮＯx保持剤２３の上流側には、ＮＯx保持剤２３の温度を検出するための温度センサ４９が取付けられる。一方、ＮＯx保持剤２３の下流側には、排気管２５を介して硫黄成分保持剤（以下、Ｓ保持剤と称す）２６を内蔵したケーシング２７が連結される。Ｓ保持剤２６の上流側には、Ｓ保持剤２６の温度を検出するための温度センサ５０が取付けられる。
【００２７】
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）通路２８を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２８内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２９が配置される。またＥＧＲ通路２８周りにはＥＧＲ通路２８内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置３０が配置される。図１に示した内燃機関では冷却装置３０内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によりＥＧＲガスが冷却される。
【００２８】
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３１内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３２から燃料が供給され、コモンレール３１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３１にはコモンレール３１内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３３が取り付けられ、燃料圧センサ３３の出力信号に基づいてコモンレール３１内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ３２の吐出量が制御される。
【００２９】
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により互いに接続された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および出力ポート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。また、温度センサ４９、５０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。
【００３０】
アクセルペダル５１にはアクセルペダル５１の踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５２が接続され、負荷センサ５２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。さらに、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５３、および当該排気浄化装置の搭載された車両の車速に応じた出力電圧を発生する車速センサ５４に接続される。一方、出力ポート４６は、対応する駆動回路４８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、および、燃料ポンプ２８に接続される。
【００３１】
ところで、吸気通路および燃焼室５内および排気通路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、本実施形態のＮＯx保持剤２３は後述するメカニズムでＮＯx保持剤２３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を保持し、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には保持しているＮＯxを排気ガス中に離脱させる。離脱したＮＯxは、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排気ガス中に含まれる還元剤（例えばＨＣ、ＣＯ）によって還元浄化される。
【００３２】
一方、このようなＮＯx保持剤２３では排気ガス中のＮＯxだけでなく硫黄成分も保持してしまう。このためＮＯx保持剤２３を硫黄成分保持剤と称することもできる。特にＮＯx保持剤２３は後述するメカニズムでＮＯx保持剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときまたは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ＮＯx保持剤２３の温度がＮＯx保持剤２３の硫黄成分の離脱温度（以下、Ｓ離脱温度と称す）よりも低いときには排気ガス中に含まれる硫黄成分を保持し、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ＮＯx保持剤２３の温度がＮＯx保持剤２３のＳ離脱温度よりも高いときには保持している硫黄成分を離脱させる。離脱した硫黄成分は排気ガス中に放出され、ＮＯx保持剤の後流へまたは大気中へ放出される。
【００３３】
このようなＮＯx保持剤２３は排気ガス中に含まれるＮＯxを無限に保持することができるわけではなく、ＮＯx保持剤２３がＮＯxを保持できるＮＯx保持能力は決まっている。このため、定期的にＮＯx離脱処理、すなわち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制御を行い、ＮＯx保持剤からＮＯxを離脱させて還元させる。さらに、ＮＯx保持剤２３に保持された硫黄成分がＮＯx保持能力に影響を及ぼす。より詳細には、ＮＯx保持剤２３に保持された硫黄成分量が多ければ多いほど、ＮＯx保持剤２３のＮＯx保持能力は低下し、ＮＯx保持剤が保持することができるＮＯx量は少なくなる。
【００３４】
したがってＮＯx保持剤２３のＮＯx保持能力を維持するためには、ＮＯx保持剤２３に保持された硫黄成分量を常に少量に抑える必要がある。このため、ＮＯx保持剤２３に保持された硫黄成分量が所定量を超えたときに硫黄成分の離脱処理（以下、Ｓ離脱処理と称す）を行うことによって硫黄成分が離脱される。Ｓ離脱処理では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ＮＯx保持剤２３の温度をＮＯx保持剤２３のＳ離脱温度にまで上昇させる制御を行うことによってＮＯx保持剤２３から硫黄成分を離脱させる。
【００３５】
ＮＯx保持剤２３のＳ離脱処理は以下のようにして行われる。上述したようにＮＯx保持剤２３のＳ離脱処理では、ＮＯx保持剤２３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ＮＯx保持剤２３の温度をそのＳ離脱温度以上にまで上昇させる。ＮＯx保持剤２３の温度を上昇させるには、内燃機関の燃焼室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、また、燃焼室内の燃料に点火するための点火栓が設けられている場合にはこの点火栓による燃料の点火タイミングを遅らせたりすることによってＮＯx保持剤２３に流入する排気ガスの温度を上昇させる。温度の上昇した排気ガスがＮＯx保持剤２３に流入することによって、ＮＯx保持剤２３の温度が上昇する。
【００３６】
あるいは、ＮＯx保持剤２３の温度を上昇させるには、内燃機関の燃焼室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、その燃料を燃焼させずにそのまま燃焼室から排出させたり、内燃機関の燃焼室に機関駆動用の燃料を多めに噴射したりすることによって排気ガス中に未燃の燃料を混入させる。このような未燃の燃料がＮＯx保持剤２３内で燃焼せしめられることによってＮＯx保持剤２３の温度が上昇する。このようにしてＮＯx保持剤２３のＳ離脱処理では内燃機関から排出される排気ガスのパラメータ（例えば空燃比、温度）を変化させることによって行われる。
【００３７】
ところで、ＮＯx保持剤から離脱せしめられた硫黄成分はＳＯxとして、あるいはＨ2Ｓとして大気中へと放出される。これらＳＯxやＨ2Ｓの硫黄成分は有害な大気汚染物質であり、特に大気中の局所的な領域の硫黄成分濃度が高いと強い臭気を放ったり、人体に悪影響を及ぼしたりする。上述したようにＮＯx保持剤に保持されている硫黄成分量が所定量を超えるという要因によってＳ離脱処理を行うと、例えばＮＯx保持剤を搭載した車両が停止している場合や低速走行している場合等、硫黄成分を放出すると大気中の局所的な領域の硫黄成分濃度が高くなってしまう場合でもＳ離脱処理が行われ、よって大気中の局所的な領域の硫黄成分濃度が高くなってしまっていた。
【００３８】
これに対して、ＮＯx保持剤２３の排気下流に硫黄成分保持剤（以下、Ｓ保持剤と称す）２６を配置することが検討されている。Ｓ保持剤２６はＮＯx保持剤２３と同様にＳ保持剤２６に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときおよび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Ｓ保持剤２６の温度がＳ保持剤２６のＳ離脱温度よりも低いときには排気ガス中に含まれる硫黄成分を保持し、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Ｓ保持剤２６の温度がＳ保持剤２６のＳ離脱温度よりも高いときには保持している硫黄成分を離脱させる。離脱した硫黄成分は排気ガス中に放出され、Ｓ保持剤の後流へまたは大気中へ放出される。
【００３９】
このようなＳ保持剤２６はＮＯx保持剤２３のＳ離脱処理を行ったときに離脱された硫黄成分が大気中に放出されてしまうことのないように、ＮＯx保持剤２３から離脱された硫黄成分を保持することを目的として配置される。ところが、ＮＯx保持剤２３のＳ離脱処理を行うと、ＮＯx保持剤２３がＳ離脱条件に到達するだけでなく、Ｓ保持剤もＳ離脱条件に到達してしまうことがある。すなわち、上述したようにＮＯx保持剤２３のＳ離脱処理を行うと、ＮＯx保持剤２３には高温で未燃の燃料を含んだ排気ガスが流入する。そしてこの排気ガスは未燃の燃料の一部が燃焼せしめられることによりより高温になり、また未燃の燃料の残りが排気ガス中に存在したままになるため、ＮＯx保持剤から排出される排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比またはリッチである。このようなＮＯx保持剤２３から排出された排気ガスは非常に高温であるため、ＮＯx保持剤２３から排出されてからＳ保持剤２６に流入するまでに温度が低下したとしても、Ｓ保持剤２６に流入するときにはまだＳ保持剤２６のＳ離脱温度以上である。
【００４０】
これに対して、本発明の第一実施形態の排気浄化装置では、Ｓ保持剤２６の温度を制御するための温度制御手段として排気管２５の長さが長くされている。これによりＮＯx保持剤２３とＳ保持剤２６との間の距離が長くなり、排気ガスがＮＯx保持剤２３から排出されてからＳ保持剤２６に流入するまでに排気ガスの温度がＳ保持剤２６のＳ離脱温度よりも低くなる。逆に、排気管２５の長さは排気管２５を通る排気ガスの温度が排気管２５通過中にＳ保持剤２６のＳ離脱温度よりも低い温度にまで低下せしめられるような長さである。これにより、Ｓ保持剤２６に流入する排気ガスの温度はＳ保持剤２６のＳ離脱温度よりも低くなるため、Ｓ保持剤２６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たとしても、Ｓ保持剤２６に流入した排気ガス中の硫黄成分はＳ保持剤２６に保持される。
【００４１】
ここで、Ｓ保持剤２６が保持可能な硫黄成分量はＮＯx保持剤２３の上記所定量よりも多い。このため、ＮＯx保持剤２３の硫黄離脱処理が行われて硫黄成分がＮＯx保持剤２３から離脱せしめられた場合、Ｓ保持剤２６は離脱された硫黄成分を全て保持することができる。さらに、Ｓ保持剤２６が保持可能な硫黄成分量がＮＯx保持剤２３の上記所定量の数倍であれば、Ｓ保持剤２６はＮＯx保持剤２３で硫黄離脱処理が数回行われてもＮＯx保持剤２３から離脱せしめられた硫黄成分を全て保持することができる。
【００４２】
Ｓ保持剤２６に保持された硫黄成分はＳ保持剤２６のＳ離脱処理を行うことによって離脱せしめられる。Ｓ保持剤２６では大気中に硫黄成分を放出することが許容されない場合、すなわち硫黄成分を放出すると少なくとも放出直後に硫黄成分が放出された辺りの大気中の局所的な領域の硫黄成分濃度が比較的高い濃度になってしまうと予想される場合にはＳ保持剤２６のＳ離脱処理が実行されない。逆に、大気中に硫黄成分を放出することが許容される場合、言い換えると硫黄成分を放出しても少なくとも放出直後に硫黄成分が放出された辺りの大気中の局所的な領域の硫黄成分濃度が高い濃度にはならないと予想される場合、すなわち離脱した硫黄成分を含む局所的な大気中の硫黄成分濃度が予め設定した濃度以下になると予想される場合にはＳ保持剤２６のＳ離脱処理が実行される。
【００４３】
このように本実施形態ではＮＯx保持剤２３に保持された硫黄成分が所定量を超えるとＮＯx保持剤２３から硫黄成分が離脱せしめられるにも関わらず、大気中に硫黄成分を放出することが許容されない場合には硫黄成分は大気中に放出されない。すなわち、本発明によればＮＯx保持剤２３に保持される硫黄成分量を所定量以下に維持しながらも、大気中の局所的な領域の硫黄成分濃度を高くしてしまうことがない。
【００４４】
なお、本実施形態ではＳ保持剤２３から大気中に硫黄成分を放出することが許容される場合であるか否かを当該排気浄化装置を搭載した車両の車速に応じて判定する。すなわち、一般に車両が比較的低速で走行している場合や停止している場合に大気中に硫黄成分を放出すると、放出された硫黄成分は大気中の局所的な領域に滞留し、このため上記局所的な領域の硫黄成分濃度が高くなってしまう。したがって、当該排気浄化装置を搭載している車両が比較的高速で走行している場合には大気中に硫黄成分を放出してもよいが、車両が比較的低速で走行している場合および停止している場合には大気中に硫黄成分を放出すべきではない。したがって本実施形態では、当該排気浄化装置を搭載した車両の車速を測定するための車速センサ５４によって測定された車速が所定速度以上である場合を大気中に硫黄成分を放出することが許容される場合とし、測定された車速が所定速度より小さい場合を大気中に硫黄成分を放出することが許容されない場合とする。
【００４５】
また、後述するようにＳ保持剤２６のＳ離脱処理を実行すると燃料消費量が増加する。一方、Ｓ保持剤２６が保持可能な硫黄成分量よりも少ない予め定められた量である基準量を設け、大気中に硫黄成分を放出することが許容される場合であって且つＳ保持剤２６に保持された硫黄成分量がこの基準量以上である場合にのみＳ保持剤２６のＳ離脱処理を実行することで、Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を実行する回数を減らすことができる。そこで、第一実施形態において、このような場合にのみＳ保持剤２６のＳ離脱処理を実行するようにしてもよい。なお、以下の説明では、こうした場合の実施形態について説明する。
【００４６】
次に、第一実施形態におけるＳ保持剤２６のＳ離脱処理について説明する。第一実施形態の排気浄化装置では排気管２５のＳ保持剤２６近傍に還元剤として燃料を添加（または噴射）する燃料噴射装置６０が配置され、Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を行うときには排気管２５を通る排気ガス中に燃料噴射装置６０から燃料が噴射される。これによりＳ保持剤２６のＳ離脱処理を行うときにはＳ保持剤２６に流入する排気ガスの空燃比は内燃機関から排出される排気ガスの空燃比に関わらずリッチである。また、燃料噴射装置６０から噴射された燃料がＳ保持剤２６内で燃焼するため、Ｓ保持剤２６の温度は上昇し、Ｓ保持剤２６のＳ離脱温度に達する。このように燃料噴射装置６０から燃料が噴射されることによって排気ガスの空燃比がリッチにされ且つＳ保持剤２６の温度がＳ離脱温度以上に上昇せしめられ、Ｓ保持剤２６から硫黄成分が離脱せしめられる。
【００４７】
ところで、通常Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を行うにはＮＯx保持剤２３におけるＳ離脱処理と同様に、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上げたり、その排気ガス中に未燃の燃料を含有させたりすることによってＳ保持剤２６の温度を上昇させていた。ところが、このような方法でＳ保持剤２６の温度を上昇させようとすると、Ｓ保持剤２６の上流に配置されたＮＯx保持剤２３は高温で未燃の燃料を多量に含んだ排気ガスと最初に接触するため、Ｓ保持剤２６以上に温度が上昇してしまう。Ｓ保持剤２６の温度をＳ保持剤２６のＳ離脱温度にまで上昇させると、ＮＯx保持剤２３はＳ保持剤２６のＳ離脱温度以上の極端な高温になってしまう。ＮＯx保持剤２３が必要以上に高温になると、熱劣化等によりＮＯx保持剤２３の浄化性能が低下してしまったり、ＮＯx保持剤２３の不必要な昇温のために燃料を消費してしまったりといった問題が生じる。
【００４８】
これに対して本実施形態では、Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理においてＮＯx保持剤２３の下流に配置された燃料噴射装置６０から燃料が噴射されるのでＮＯx保持剤２３の温度が上昇することはなく、またＮＯx保持剤２３の昇温に燃料が消費されてしまうこともない。一方、本実施形態の排気浄化装置ではＳ保持剤２６のＳ離脱処理を実行してもＮＯx保持剤２３は昇温されないことから、Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理実行時にはＮＯx保持剤２３からは硫黄成分が離脱せしめられない。
【００４９】
また、上述したようなＮＯx保持剤２６のＳ離脱処理では、内燃機関から排出される排気ガスの温度が上がるように、またはその排気ガス中に未燃の燃料を含有させるように内燃機関が運転せしめられる。ところが、このように内燃機関を運転させる場合、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するタイミングを遅らせたり点火栓による燃料の点火タイミングを遅らせたりしているため、機関回転数や負荷等に応じた内燃機関の最適な運転状態とは僅かに異なった運転状態で内燃機関が運転される。このような運転状態で内燃機関が運転されると、最適な運転状態である場合に比べて内燃機関の安定性および出力性能が低下してしまう。
【００５０】
これに対して本実施形態では、排気管２５を通る排気ガスに燃料が噴射されるだけなので、Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を行うのに燃料を噴射するタイミングや燃料の点火タイミングを変更する必要がない。したがってＳ保持剤２６のＳ離脱処理を実行しても、内燃機関の安定性および出力性能が低下してしまうことが防止される。
【００５１】
次に、第一実施形態におけるＮＯx保持剤２３およびＳ保持剤２６から硫黄成分を離脱させて大気中に放出するためのＳ放出制御について説明する。本実施形態では、硫黄保持量算出手段によってＮＯx保持剤２３およびＳ保持剤２６にそれぞれ保持された硫黄成分量ＨnoxおよびＨsが算出される。これら硫黄成分量の算出は以下のように行われる。燃料噴射量、燃料中の硫黄成分の割合等が測定され、測定された値に基づいて内燃機関から単位時間当たりに排出される排気ガス中の硫黄成分量が算出される。算出された値はＮＯx保持剤２３に保持されている硫黄成分量Ｈnoxに加算される。こうしてＮＯx保持剤２３に保持されている硫黄成分量Ｈnoxが推定される。この硫黄成分量ＨnoxはＮＯx保持剤２３のＳ離脱処理が実行されると零にリセットされ、代わりにその時のＨnoxの値がＳ保持剤２３に保持されている硫黄成分量Ｈsに加算される。一方、Ｓ保持剤２３の離脱処理が実行されると、Ｓ保持剤２６から硫黄成分が離脱せしめられるためＨsが零にリセットされる。
【００５２】
Ｓ放出制御ではＮＯx保持剤２３に保持されている硫黄成分量Ｈnoxが上記所定量Ｈpnox以上である場合にはＮＯx保持剤２３から硫黄成分を離脱させなければならず、ＮＯx保持剤２３のＳ離脱処理が行われる。一方、ＮＯx保持剤２３に保持されている硫黄成分量Ｈnoxが上記所定量Ｈpnoxより少ない場合にはＮＯx保持剤２３から硫黄成分を離脱させる必要はないため、ＮＯx保持剤２３のＳ離脱処理は実行されない。
【００５３】
次いで、Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を行うか否かが大気中に硫黄成分を放出することが許容される場合であるか否かによって決定され、大気中に硫黄成分を放出することが許容される場合、すなわち当該排気浄化装置を搭載した車両の車速Ｓが所定速度Ｓp以上である場合にはＳ保持剤２６のＳ離脱処理が実行され、大気中に硫黄成分を放出することが許容されない場合、すなわち車両の車速Ｓが所定速度Ｓpよりも小さい場合にはＳ保持剤２６のＳ離脱処理は実行されない。ただし、車両の車速Ｓが上記所定速度Ｓp以上であるときに常にＳ保持剤２６のＳ離脱処理を行うと例えば高速道路等の高速運転時に常にＳ保持剤２６のＳ離脱処理が行われることになってしまう。Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を行う場合には燃料噴射装置６０から燃料が噴射されるので、Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を長時間続けて行うと燃費が悪化してしまう。このため、車両の車速Ｓが上記所定速度Ｓp以上であっても、Ｓ保持剤２６に保持されている硫黄成分量Ｈsが予め定められた量である基準量Ｈps以下である場合にはＳ保持剤２６のＳ離脱処理を行わない。これにより燃費の悪化等が防止される。
【００５４】
なお、上記実施形態では大気中に硫黄成分を放出することが許容されない場合を当該排気浄化装置を搭載している車両が比較的低速で走行している場合や停止している場合であるとしたが、トンネル内や工業地帯等、大気中に硫黄成分を放出する前から大気中の硫黄成分の濃度が高く、大気中に少量の硫黄成分を放出しただけで局所的な領域の硫黄成分が予め設定した濃度より高くなってしまうような場合等も考えられる。
【００５５】
また、上記第一実施形態では温度制御手段として排気管２５の長さを長くすることを挙げたが、排気管２５の外部に冷却ファンを配置すること等、排気管２５からＳ保持剤２６に流入する排気ガスの温度を下げるとができれば如何なる形態であってもよい。
【００５６】
さらに、Ｓ保持剤２６はＮＯx保持剤であってもよい。この場合、ＮＯx保持剤２３においてわずかでもＮＯxを浄化できなかった場合に、浄化できなかったＮＯxをＳ保持剤２６において浄化することができる。この場合でもＳ保持剤２６に流入するＮＯxは少量であり、よってＳ保持剤２６に保持される硫黄成分の量をＮＯx保持剤２３のように所定量以下に抑える必要がないため、Ｓ保持剤２６ではＮＯx保持剤２３よりも多くの硫黄成分を保持可能である。
【００５７】
あるいはＳ保持剤２６は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硫黄成分を保持する機能をもたせたものであってもよい。また、ＮＯx保持剤２３が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ＮＯxおよび硫黄成分を保持する機能をもたせたものであってもよい。このようなパティキュレートフィルタでは硫黄成分やＮＯxを保持する機能の他に内燃機関から排出される微粒子も同時に捕集することが可能である。また、パティキュレートフィルタは、パティキュレートフィルタ内で連続的に生成される活性酸素によってパティキュレートフィルタに捕集された微粒子を連続的に酸化することができるのが好ましい。このようなパティキュレートフィルタにより、排気ガスをより効果的に浄化することができる。
【００５８】
次に図３を参照して第一実施形態におけるＳ放出制御ルーチンについて説明する。まずステップ１０１においてＮＯx保持剤２３に保持された硫黄成分量Ｈnoxが所定量Ｈpnox以上であるか否かが判定され、硫黄成分量Ｈnoxが所定量Ｈpnoxより小さいと判定された場合にはステップ１０４へと進む。ステップ１０１において硫黄成分量Ｈnoxが所定量Ｈpnox以上であると判定された場合にはステップ１０２へと進む。ステップ１０２ではＮＯx保持剤２３のＳ離脱処理が実行される。次いでステップ１０３ではＮＯx保持剤２３に保持された硫黄成分量ＨnoxがＳ保持剤２６に保持された硫黄成分量Ｈsに加算され、その後硫黄成分量Ｈnoxが零にリセットされ、ステップ１０４へと進む。
【００５９】
ステップ１０４ではＳ保持剤２６に保持された硫黄成分量Ｈsが基準量Ｈps以上であるか否かが判定され、硫黄成分量Ｈsが基準量Ｈpsよりも少ないと判定された場合にはＳ放出制御ルーチンが終了せしめられる。ステップ１０４で硫黄成分量Ｈsが基準量Ｈps以上であると判定された場合にはステップ１０５へと進み、当該排気浄化装置を搭載した車両の速度Ｓが所定速度Ｓp以上であるか否かが判定される。車両の速度Ｓが所定速度Ｓpよりも小さいと判定された場合にはＳ放出制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１０５において車両の速度Ｓが所定速度Ｓp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１４６ではＳ保持剤２６のＳ離脱処理が実行され、燃料噴射装置６０から燃料が噴射される。次いで、ステップ１０７ではＳ保持剤２６に保持された硫黄成分量Ｈsが零にリセットされ、Ｓ放出制御ルーチンが終了せしめられる。
【００６０】
次に、図４を参照して本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態の排気浄化装置の構成は第一実施形態の排気浄化装置の構成とほぼ同一であるが、第二実施形態の排気浄化装置では排気管６１の長さが第一実施形態の排気管の長さ２５に比べて短く、通常の排気管と同様な長さであり、この排気管６１には排気管６１を通過する排気ガス中に空気を供給する空気供給装置６２が設けられる。さらに第二実施形態の排気浄化装置では、ＮＯx保持剤２３をバイパスするバイパス通路７０と、このバイパス通路７０とＮＯx保持剤２３との分岐部に配置される流量調整弁７１とが設けられる。
【００６１】
ＮＯx保持剤２３の排気下流であってＳ保持剤２６の排気上流に設けられた空気供給手段６２はＮＯx保持剤２３のＳ離脱処理を行うときに、ＮＯx保持剤２３から排出された排気ガスがＳ保持剤２６に流入する前にこの排気ガス中に空気を供給する。このため、ＮＯx保持剤２３から排出された排気ガスの空燃比に関わらず、Ｓ保持剤２６に流入する排気ガスの空燃比をリーンにすることができる。排気ガスの空燃比がリーンとなれば、Ｓ保持剤２６はそのＳ離脱条件に到達することがなく、よってＳ保持剤２６を通る排気ガス中の硫黄成分を保持する。したがって、本発明の第二実施形態の排気浄化装置によれば、ＮＯx保持剤２３のＳ離脱処理を行うときに、上述した第一実施形態におけるＮＯx保持剤２３のＳ離脱処理に加えて、空気供給手段６２から排気管６１を流れる排気ガス中に空気を供給することによって、ＮＯx保持剤２３のＳ離脱処理を行っても大気中に硫黄成分が放出されてしまうことがなくなる。
【００６２】
一方、バイパス通路７０とＮＯx保持剤２３との分岐部に配置された流量調整弁７１はバイパス通路７０とＮＯx保持剤２３とに流入する流量を調整する。言い換えると、流量調整弁７１はバイパス通路７０とＮＯx保持剤２３とに流入する排気ガスの割合を調整する割合調整弁と称することもできる。より詳細には流量調整弁７１が図４に点線で示した第一の位置にあるときには内燃機関から排出された排気ガスはＮＯx保持剤２３を通り、その後Ｓ保持剤２６に流入する。一方、流量調整弁７１が図４に実線で示した第二の位置にあるときには内燃機関から排出された排気ガスはＮＯx保持剤２３をバイパスしてＳ保持剤２６に流入する。流量調整弁７１はＳ保持剤２６のＳ離脱処理を実行するとき以外は第一の位置にある。
【００６３】
Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を実行すると、まず流量調整弁７１が第二の位置に移動せしめられ、これにより内燃機関から排出された排気ガスはＮＯx保持剤２３をバイパスしてＳ保持剤２６に流入せしめられる。次いで、第一実施形態におけるＮＯx保持剤２３のＳ離脱処理と同様に内燃機関から排出される排気ガスの温度が上昇せしめられたり、排気ガス中に未燃の燃料が混入せしめられたりする。このとき排気ガスが直接Ｓ保持剤２６に流入せしめられるため、ＮＯx保持剤２３を昇温してしまうことがない。したがってＳ保持剤２６のＳ離脱処理を行うときには上述した第一実施形態のＮＯx保持剤２３のＳ離脱処理と同様な処理に加えて、流量調整弁７１を第二の位置に移動させることにより、高温で未燃の燃料を含んだ排気ガスがＳ保持剤２６に流入し、これによりＳ保持剤２６に保持された硫黄成分が離脱せしめられる。したがって、第二実施形態によれば、第一実施形態の燃料噴射装置６０等の装置を追加することなくＳ保持剤２６の温度を上昇させることができる。
【００６４】
最後に、ＮＯx保持剤２３について説明する。ＮＯx保持剤２３はカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）のようなアルカリ土類金属、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）、セリウム（Ｃｅ）のような希土類、鉄（Ｆｅ）のような遷移金属、およびスズ（Ｓｎ）のような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つと、白金（Ｐｔ）のような貴金属触媒とから成る。
【００６５】
次に、図５を参照して本発明のＮＯx保持剤２３のＮＯx保持・離脱メカニズムおよび硫黄成分保持・離脱メカニズムについて白金（Ｐｔ）とバリウム（Ｂａ）とから成るＮＯx保持剤２３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、遷移金属から成るＮＯx保持剤でも同様なメカニズムになる。
【００６６】
ＮＯx保持剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリーンであり排気ガス中の酸素濃度が高いと、図５（Ａ）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ＮＯx保持剤２３に吸収され、バリウム（Ｂａ）と結合しながら図５（Ａ）に示したように硝酸イオン（ＮＯ3-）の形でＮＯx保持剤２３内に拡散し、硝酸塩（ＢａＮＯ3）を生成する。すなわち、排気ガス中のＮＯxが硝酸イオンの形でＮＯx保持剤２３に保持される。
【００６７】
一方、排気ガス中の硫黄成分、特にＳＯXもＮＯXと同様なメカニズムによりＮＯx保持剤２３に保持される。すなわち、排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中のＳＯ2は白金Ｐｔの表面でＯ2-またはＯ2-と反応してＳＯ3となる。次いで、斯くして生成されたＳＯ3の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯx保持剤２３に吸収され、バリウム（Ｂａ）と結合しながら、硫酸イオン（ＳＯ42-）の形でＮＯx保持剤２３内に拡散し、硫酸塩（ＢａＳＯ4）を生成する。すなわち、排気ガス中のＳＯxが硫酸イオンの形でＮＯx保持剤２３に保持される。
【００６８】
ＮＯx保持剤２３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されると、排気ガス中の酸素濃度が低下し、その結果、白金（Ｐｔ）の表面でのＮＯ2の生成量が低下する。ＮＯ2の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ3-→ＮＯ2）に進み、斯くしてＮＯx保持剤２３内の硝酸イオン（ＮＯ3-）がＮＯ2の形でＮＯx保持剤２３から離脱せしめられる。このときＮＯX保持剤２３から離脱せしめられたＮＯXは図５（Ｂ）に示したように流入排気ガス中に含まれる多量の未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金の表面上にＮＯ2が存在しなくなるとＮＯx保持剤２３から次から次へとＮＯ2が離脱せしめられる。したがってＮＯx保持剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされると短時間のうちにＮＯx保持剤２３からＮＯXが離脱せしめられ、しかもこの離脱したＮＯXが還元されるので大気中にＮＯXが放出されることはない。
【００６９】
一方、硫酸塩（ＢａＳＯ4）は安定していて分解しづらく、ＮＯx保持剤２３に流入する排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩は分解されずにそのまま残る。ところがこの場合、ＮＯX保持剤２３の温度がＮＯx保持剤２３のＳ離脱温度、例えば６００℃以上になるとＮＯX保持剤２３内において硫酸塩が分解して硫酸イオンＳＯ42-が生成され、このときＮＯX保持剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリッチであればＮＯX保持剤２３からＳＯxが離脱せしめられる。離脱せしめられたＳＯXの一部は排気ガス中に含まれるＨＣやＣＯと反応し、硫化水素（Ｈ2Ｓ）を生成する。そして、これらＳＯxおよびＨ2Ｓの硫黄成分は大気中に放出せしめられる。
【００７０】
なお、ＮＯx保持剤２３についてのみ説明したが、Ｓ保持剤２６もＮＯx保持剤２３と同様な構成であり、また、Ｓ保持剤２６における硫黄成分の保持および離脱もＮＯx保持剤２３の硫黄成分保持・離脱メカニズムと同様なメカニズムで行われる。また、バリウム（Ｂａ）やリチウム（Ｌｉ）、特にリチウムを担持する量が多いと硫黄成分の保持能力を向上させるのに有効であるため、特にＳ保持剤２６はバリウムやリチウム、特にリチウムを多く担持しているのが好ましい。
【００７１】
また、本明細書においてＮＯxおよび硫黄成分に関する「保持」という語は「吸収」及び「吸着」の両方の意味を含む。したがって、「ＮＯx保持剤」は、「ＮＯx吸収剤」と「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。
【００７２】
【発明の効果】
第１の発明によれば、ＮＯX保持剤から離脱せしめられた硫黄成分が必ず硫黄保持剤に保持されるため、ＮＯX保持剤において硫黄成分離脱処理を行っても大気中に硫黄成分が放出されてしまうことがない。
【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概略図である。
【図３】第一実施形態のＳ放出制御のフローチャートである。
【図４】第二実施形態の排気浄化装置の概略図である。
【図５】ＮＯx保持・離脱メカニズムを示す図である。
【符号の説明】
２３…ＮＯx保持剤
２４…ケーシング
２５…排気管
２６…硫黄成分保持剤
２７…ケーシング
４９…温度センサ
５０…温度センサ
【図１】
0003896893.tif 000002
【図２】
0003896893.tif 000003
【図３】
0003896893.tif 000004
【図４】
0003896893.tif 000005
【図５】
0003896893.tif 000006