(57)【要約】【課題】排気ガス中のＳＯx量を推定する。【解決手段】機関排気通路内に、機関排気通路の断面よりも小さな断面を有すると共に機関排気通路内を流れる排気ガスの一部が流入する小型ＳＯx吸蔵触媒１６が配置される。小型ＳＯx吸蔵触媒１６をＮＯx吸蔵触媒から構成してＮＯx吸蔵触媒のＮＯx吸蔵能力を検出し、この検出されたＮＯx吸蔵量から排気ガス中に含まれるＳＯx量が推定される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に、該機関排気通路の断面積よりも小さな断面積を有すると共に該機関排気通路内を流れる排気ガスの一部が流入する小型ＳＯx吸蔵触媒を配置し、該小型ＳＯx吸蔵触媒のＳＯx吸蔵量を検出するためのＳＯx吸蔵量検出手段を具備しており、このＳＯx吸蔵量検出手段により検出された小型ＳＯx吸蔵触媒のＳＯx吸蔵量から排気ガス中に含まれるＳＯxの量を推定するようにした内燃機関のＳＯx検出装置。
【請求項２】
上記小型ＳＯx吸蔵触媒は、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中に含まれるＮＯxを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯxを放出するＮＯx吸蔵触媒からなり、上記ＳＯx吸蔵量検出手段は該ＮＯx吸蔵触媒のＮＯx吸蔵能力の低下量からＳＯx吸蔵量を求める請求項１に記載の内燃機関のＳＯx検出装置。
【請求項３】
上記ＳＯx吸蔵量検出手段は該ＮＯx吸蔵触媒から流出する排気ガス中のＮＯx濃度を検出するためのＮＯxセンサを具備しており、該ＮＯxセンサにより検出されたＮＯx濃度に基づいてＮＯx吸蔵触媒のＮＯx吸蔵能力の低下量を求めるようにした請求項２に記載の内燃機関のＳＯx検出装置。
【請求項４】
上記ＮＯx吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしてＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出させるＮＯx放出手段を具備しており、上記ＳＯx吸蔵量検出手段はＮＯx吸蔵触媒からのＮＯxの放出作用が完了した後に吸蔵しうるＮＯx量からＮＯx吸蔵触媒のＮＯx吸蔵能力の低下量を求めるようにした請求項２に記載の内燃機関のＳＯx検出装置。
【請求項５】
上記ＮＯx放出手段は、ＮＯx吸蔵触媒の上流に配置された燃料噴射弁から燃料を噴射することによって或いは燃焼室内に追加の燃料を供給することによってＮＯx吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするようにした請求項４に記載の内燃機関のＳＯx検出装置。
【請求項６】
上記ＮＯx吸蔵触媒に流入する排気ガスの温度を上昇させてＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出させるＮＯx放出手段を具備しており、上記ＳＯx吸蔵量検出手段はＮＯx吸蔵触媒からのＮＯxの放出作用が完了した後に吸蔵しうるＮＯx量からＮＯx吸蔵触媒のＮＯx吸蔵能力の低下量を求めるようにした請求項２に記載の内燃機関のＳＯx検出装置。
【請求項７】
上記ＮＯx放出手段はＮＯx吸蔵触媒の上流に配置されたヒータからなり、該ヒータを発熱させることによりＮＯx吸蔵触媒に流入する排気ガスの温度を上昇させるようにした請求項６に記載の内燃機関のＳＯx検出装置。
【請求項８】
上記小型ＳＯx吸蔵触媒は、ＳＯxが吸蔵すると酸素の保持量が減少する酸素保持触媒からなり、上記ＳＯx吸蔵量検出手段は該酸素保持触媒の酸素保持能力の低下量からＳＯx吸蔵量を求めるようにした請求項１に記載の内燃機関のＳＯx検出装置。
【請求項９】
上記ＳＯx吸蔵量検出手段は該酸素保持触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサを具備しており、該空燃比センサにより検出された排気ガスの空燃比に基づいて酸素保持触媒の酸素保持能力の低下量を求めるようにした請求項８に記載の内燃機関のＳＯx検出装置。
【請求項１０】
上記酸素保持触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切換えて酸素保持触媒に保持されている酸素を消費させる酸素消費手段を具備しており、上記ＳＯx吸蔵量検出手段は該酸素を消費するのに要する時間から酸素保持触媒の酸素保持能力の低下量を求めるようにした請求項８に記載の内燃機関のＳＯx検出装置。
【請求項１１】
上記小型ＳＯx吸蔵触媒上流の機関排気通路内に排気ガス中のＳＯxを捕獲しうるＳＯxトラップ触媒が配置されている請求項１に記載の内燃機関のＳＯx検出装置。
【請求項１２】
上記小型ＳＯx吸蔵触媒下流の機関排気通路内にＮＯx吸蔵触媒又はパティキュレートフィルタが配置されている請求項１に記載の内燃機関のＳＯx検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関のＳＯx検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より排気ガス中のＳＯx濃度を検出するためのＳＯx濃度センサが公知である。これら公知のＳＯx濃度センサは通常固体電解質を用いており、ＳＯxが硫酸イオンに変化することにより生ずる起電力を計測して排気ガス中のＳＯx濃度を検出するようにしている（例えば特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００４−２３９７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながらこのようなＳＯx濃度センサを用いた従来のＳＯx検出装置は高温のもとでしか作動せず、装置が大掛かりとなり、特にＳＯx濃度が低いときにはＳＯx濃度を検出しえないという大きな問題がある。このＳＯx濃度センサのように従来ではＳＯx濃度を瞬時に検出することばかりに目が向けられており、このようにＳＯx濃度を瞬時に検出しようとしている限りは上述した如き種々の問題が必然的に生ずる。
【０００４】
そこで本発明者は発想を転換し、瞬時のＳＯx濃度を検出するのではなくて、或る短い期間に亘って排出されたＳＯx量を検出することに目を向けたのである。そしてこのように発想の転換を行うと或る短い期間に亘って排出されたＳＯx量ではあるが排気ガス中のＳＯx量を容易に検出しうることが判明したのである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
即ち、本発明によれば、機関排気通路内に、機関排気通路の断面積よりも小さな断面積を有すると共に機関排気通路内を流れる排気ガスの一部が流入する小型ＳＯx吸蔵触媒を配置し、小型ＳＯx吸蔵触媒のＳＯx吸蔵量を検出するためのＳＯx吸蔵量検出手段を具備しており、このＳＯx吸蔵量検出手段により検出された小型ＳＯx吸蔵触媒のＳＯx吸蔵量から排気ガス中に含まれるＳＯxの量を推定するようにしている。
【発明の効果】
【０００６】
排気ガス中のＳＯx量を容易に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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の入口は吸入空気量を検出するためのエアフローメータ８を介してエアクリーナ９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１０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１１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１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。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の出口はＳＯxトラップ触媒１２の入口に連結される。また、ＳＯxトラップ触媒１２の出口は排気管１３を介して排気浄化触媒１４に連結される。
【０００８】
図２（Ａ）は図１に示される排気管１３の拡大図を示しており、図２（Ｂ）は図２（Ａ）においてＢ−Ｂ線に沿ってみた断面図を示している。図２（Ａ），（Ｂ）に示される実施例では排気管１３内に排気管１３内の排気通路の断面積よりも小さな断面積を有すると共に排気管１３内を流れる排気ガスの一部が流入する排気流通管１５が配置され、この排気流通管１５内には小型ＳＯx吸蔵触媒１６が配置される。従ってこの小型ＳＯx吸蔵触媒１６も排気管１３内の排気通路の断面積よりも小さな断面積を有すると共に小型ＳＯx吸蔵触媒１６には排気管１３の排気通路内を流れる排気ガスの一部が流入することになる。
【０００９】
図２（Ａ），（Ｂ）に示される実施例では排気流通管１５は排気管１３内の中央において排気ガスの流れ方向に延びる筒状をなしており、この排気流通管１５は複数のステー１７によって排気管１３内に支持されている。小型ＳＯx吸蔵触媒１６下流の排気流通管１５内にはセンサ１８が配置される。図１および図２に示される第１実施例ではこのセンサ１８は小型ＳＯx吸蔵触媒１６から流出した排気ガス中のＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサからなる。また、排気通路管１５上流の排気管１３内には燃料供給弁１９が配置される。この燃料供給弁１９から噴射された大部分の燃料は排気浄化触媒１４に供給され、一部の噴射燃料が小型ＳＯx吸蔵触媒１６内に流入する。
【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２０を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２０内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２１が配置される。また、ＥＧＲ通路２０周りにはＥＧＲ通路２０内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２２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２２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２３を介してコモンレール２４に連結される。このコモンレール２４内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２５から燃料が供給され、コモンレール２４内に供給された燃料は各燃料供給管２３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。センサ１８およびエアフローメータ８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。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１０駆動用ステップモータ、燃料供給弁１９、ＥＧＲ制御弁２１および燃料ポンプ２５に接続される。
【００１２】
図１および図２に示される第１実施例では排気浄化触媒１４がＮＯx吸蔵触媒からなり、小型ＳＯx吸蔵触媒１６もＮＯx吸蔵触媒からなる。そこでまず初めにＮＯx吸蔵触媒について説明すると、これらＮＯx吸蔵触媒の基体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３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３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。
【００１３】
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。
【００１４】
機関吸気通路、燃焼室２および排気浄化触媒１４、即ちＮＯx吸蔵触媒１４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。
【００１５】
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３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内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ3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。
【００１６】
これに対し、燃料供給弁１９から燃料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。
【００１７】
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燃料供給弁１９から燃料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。なお、この場合燃焼室２内に追加の燃料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することもできる。この場合には燃料供給弁１９を設ける必要がなくなる。
【００１８】
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が排気浄化触媒１４、即ちＮＯx吸蔵触媒１４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内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ3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。
【００１９】
ところでこの場合、ＮＯx吸蔵触媒１４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１４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が必要になるという問題がある。また、ＳＯx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。
【００２０】
そこで本発明では排気浄化触媒１４、即ちＮＯx吸蔵触媒１４の上流にＳＯxトラップ触媒１２を配置してこのＳＯxトラップ触媒１２により排気ガス中に含まれるＳＯxを捕獲し、それによって排気浄化触媒１４、即ちＮＯx吸蔵触媒１４にＳＯxが流入しないようにしている。次にこのＳＯxトラップ触媒１２について説明する。
【００２１】
このＳＯxトラップ触媒１２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１２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１２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４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４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。
【００２２】
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１１のコート層５１は強塩基性を呈している。
【００２３】
さて、排気ガス中に含まれるＳＯx、即ちＳＯ2は図４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４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。
【００２４】
図４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４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。このとき排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯxトラップ触媒１２の温度が上昇せしめられるとＳＯxトラップ率が回復する。
【００２５】
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１２の温度が上昇せしめられるとコート層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硝酸塩はコート層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１２のＳＯxトラップ率が回復することになる。
【００２６】
さて、ＳＯxトラップ触媒１２は排気ガス中に含まれる全てのＳＯxを捕獲するために設けられている。しかしながらＳＯxトラップ触媒１２が長期間に亘って使用されると少量ではあるがＳＯxトラップ触媒１２からＳＯxが流出しはじめる。これを放置しておくと排気浄化触媒１４、即ちＮＯx吸蔵触媒１４のＮＯx吸蔵能力が次第に低下してしまう。従ってＳＯxトラップ触媒１２からＳＯxが流出しはじめたらこのＳＯxの流出をできる限り早期に検出する必要がある。
【００２７】
そのために本発明では、小型ＳＯx吸蔵触媒１６のＳＯx吸蔵量を検出するためのＳＯx吸蔵量検出手段を具備しており、このＳＯx吸蔵量検出手段により検出された小型ＳＯx吸蔵触媒１６のＳＯx吸蔵量から排気ガス中に含まれるＳＯxの量を推定するようにしている。
【００２８】
即ち、小型ＳＯx吸蔵触媒１６は排気浄化触媒１４、即ちＮＯx吸蔵触媒１４に比べて容積が小さいために吸蔵したＳＯxの影響が顕著に現れる。例えば第１実施例におけるように排気浄化触媒１４および小型ＳＯx吸蔵触媒１６が共にＮＯx吸蔵触媒からなる場合について説明すると、ＳＯxトラップ触媒１２からＳＯxが流出しはじめてから暫らくすると排気浄化触媒１４は上流側部分のみのＮＯx吸蔵能力が低下するが全体的なＮＯx吸蔵能力はさほど低下しない。これに対し、このとき小型ＳＯx吸蔵触媒１６は全体的にＮＯx吸蔵能力が低下する。
【００２９】
従ってＳＯxの影響が小型ＳＯx吸蔵触媒１６に早期に表れることになる。そこで本発明による第１実施例では小型ＳＯx吸蔵触媒１６の、即ちＮＯx吸蔵触媒１６のＮＯx吸蔵能力の低下量からＳＯx吸蔵量を求めるようにしている。
【００３０】
次に図５を参照しつつこのＳＯx吸蔵量の具体的な求め方の一例について説明する。図５にはＮＯx吸蔵触媒からなる小型ＳＯx吸蔵触媒１６への吸蔵ＳＯx量と、ＮＯx吸蔵触媒からなる排気浄化触媒１４からＮＯxを放出させるためのＮＯx放出処理と、小型ＳＯx吸蔵触媒１６の流入、流出ＮＯx量、即ち流入ＮＯx量ＮＯＸ１、流出ＮＯx量ＮＯＸ２とが示されている。なお、図５におけるＮＯx放出処理は、燃料供給弁１９から燃料を噴射することによって或いは燃焼室２に追加の燃料を供給することによって排気浄化触媒１４に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることにより行われる。
【００３１】
図５に示されるようにＮＯx放出処理が行われると、例えば燃料供給弁１９から燃料が供給されると小型ＳＯx吸蔵触媒１６からもＮＯxが放出されて還元され、このとき一時的に小型ＳＯx吸蔵触媒１６から流出する排気ガス中のＮＯx量ＮＯＸ２は低下する。次いで小型吸蔵触媒１６へのＮＯxの吸蔵作用が行われている間、流出ＮＯx量ＮＯＸ２は徐々に増大し、ＮＯxの吸蔵能力が飽和状態になると流出ＮＯx量ＮＯＸ２は流入ＮＯx量ＮＯＸ１と同じになる。このとき図５においてハッチングで示される流入ＮＯx量ＮＯＸ１と流出ＮＯx量ＮＯＸ２との差が吸蔵されたＮＯx量を表している。
【００３２】
図５からわかるようにこの吸蔵されたＮＯx量は吸蔵ＳＯx量が増大するにつれて減少し、従って吸蔵されたＮＯx量から吸蔵ＳＯx量が推定できることになる。なお、流入ＮＯx量ＮＯＸ１は実際には機関の運転状態に応じて変化する。本発明では機関から単位時間当り排出される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６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から単位時間当り小型ＳＯx吸蔵触媒１６に流入するＮＯx量ＮＯＸ１が算出される。
【００３３】
一方、流出ＮＯx量ＮＯＸ２はＮＯxセンサ１８により検出されたＮＯx濃度に排気ガス量、即ち吸入空気量を乗算することによって算出される。即ち、第１実施例では、小型ＳＯx吸蔵触媒１６から流出する排気ガス中のＮＯx濃度を検出するためにＮＯxセンサ１８が設けられており、このＮＯxセンサ１８により検出されたＮＯx濃度に基づいて小型ＳＯx吸蔵触媒１６のＮＯx吸蔵能力の低下量が求められる。
【００３４】
このように本発明による第１実施例では図５からわかるように小型ＳＯx吸蔵触媒１６に流入する排気ガスの空燃比をリッチにして小型ＳＯx吸蔵触媒１６からＮＯxを放出させ、小型ＳＯx吸蔵触媒１６からのＮＯxの放出作用が完了した後に吸蔵しうるＮＯx量から小型ＳＯx吸蔵触媒１６のＮＯx吸蔵能力の低下量が求められる。このとき、この第１実施例では燃料噴射弁１９から燃料を噴射することによって小型ＳＯx吸蔵触媒１６に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。
【００３５】
図７はＮＯx吸蔵触媒からなる排気浄化触媒１４に対する排気浄化処理ルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図７を参照するとまず初めにステップ６０において図６に示すマップから単位時間当り排出されるＮＯx量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ６１ではこのＮＯＸＡがＮＯx吸蔵触媒１４に吸蔵されているＮＯx量ΣＮＯＸに加算される。次いでステップ６２では吸蔵ＮＯx量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸを越えたか否かが判別され、ΣＮＯＸ＞ＭＡＸとなったときにはステップ６３に進んで燃料供給弁１９から供給された燃料によってＮＯx吸蔵触媒１４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る。次いでステップ６４ではΣＮＯＸがクリアされる。
【００３６】
図８は排気ガス中のＳＯx量を推定するためのルーチンを示しており、このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。
図８を参照するとまず初めにステップ７０において図７のステップ６３におけるＮＯx放出処理が実行されたか否かが判別される。ＮＯx放出処理の実行中でないときにはステップ７３に進んでＮＯxセンサ１８の出力値が読込まれる。次いでステップ７４ではＮＯxセンサ１８の出力値と吸入空気量から流出ＮＯx量ＮＯＸ２が算出される。次いでステップ７５では図６に示されるマップから求められた排出ＮＯx量ＮＯＸＡに排気管１３の断面積に対する排気流通管１５の断面積の比を乗算することによって流入ＮＯ量ＮＯＸ１が算出される。次いでステップ７６では流入ＮＯx量ＮＯＸ１と流出ＮＯx量ＮＯＸ２との差（ＮＯＸ１−ＮＯＸ２）が吸蔵ＮＯx量ＮＩに加算される。
【００３７】
一方、ステップ７０においてＮＯx放出処理が実行されたと判断されたときにはステップ７１に進んで小型ＳＯx吸蔵触媒１６が吸蔵しうる最大ＮＯx吸蔵量ＮＩmaxから吸蔵ＮＯx量ＮＩを減算することによって吸蔵ＳＯx量ＳＩが算出される。次いでステップ７２では吸蔵ＮＯx量ＮＩがクリアされる。ＳＯxトラップ触媒１２から流出する排気ガス中に含まれるＳＯx量の積算値は吸蔵ＳＯx量ＳＩに比例する。従ってこの吸蔵ＳＯx量ＳＩから排気ガス中に含まれるＳＯx量を推定することができることになる。
【００３８】
図９（Ａ），（Ｂ）に夫々第１実施例の変形例を示す。図９（Ａ），（Ｂ）に示される変形例ではＮＯx吸蔵触媒１４からＮＯxを放出するための燃料供給弁１９が排気流通管１５の下流に配置されており、従ってこれらの変形例では小型ＳＯx吸蔵触媒１６からＮＯxを放出するために燃料供給弁１９とは別個のＮＯx放出手段が設けられている。図９（Ａ）に示される変形例ではこのＮＯx放出手段は小型ＳＯx吸蔵触媒１６上流の排気流通管１５内に設けられた補助燃料供給弁２６からなる。
【００３９】
一方、ＮＯx吸蔵触媒からなる小型ＳＯx吸蔵触媒１６からは排気ガスの空燃比がリーンのもとで触媒温度を例えば６００°以上に上昇するとＮＯxが放出される。従って小型ＳＯx吸蔵触媒１６に流入する排気ガスの温度を上昇させて小型ＳＯx吸蔵触媒１６からＮＯxを放出させるようにしたＮＯx放出手段を用いることもできる。図９（Ｂ）はこのようなＮＯx放出手段を示しており、図９（Ｂ）に示される変形例ではＮＯx放出手段は小型ＳＯx吸蔵触媒１６上流の排気流通管１５内に配置された電気ヒータ２７からなる。
【００４０】
図９（Ａ），（Ｂ）に示される変形例では例えば図１０のＮＯx放出制御ルーチンに示されるようにステップ８０において一定時間が経過したと判断されるとステップ８１に進んで小型ＳＯx吸蔵触媒１６からのＮＯx放出処理が行われる。即ち、図９（Ａ）に示される変形例では補助燃料供給弁２６から燃料を噴射して小型ＳＯx吸蔵触媒１６に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることにより小型ＳＯx吸蔵触媒１６からＮＯxが放出され、図９（Ｂ）に示される変形例ではヒータ２７を発熱させることにより小型ＳＯx吸蔵触媒１６に流入する排気ガスの温度を上昇させ、それにより小型ＳＯx吸蔵触媒１６からＮＯxが放出される。
【００４１】
次に、小型ＳＯx吸蔵触媒１６としてＳＯxが吸蔵すると酸素の保持量が減少する酸素保持触媒を用いた第２実施例について説明する。この酸素保持触媒１６としては例えばセリウムＣｅを担持した触媒を用いることができる。このセリウムＣｅは排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガスの酸素を取込んでセリアＣｅＯ2となり、排気ガスの空燃比がリッチになると再びセリウムＣｅとなる。即ち、この酸素保持触媒１６は酸素をセリアＣｅＯ2の形で保持する機能を有する。
【００４２】
ところで排気ガス中にＳＯxが含まれているとセリアＣｅＯ2はＳＯxを取込んで硫酸セリアＣｅＳＯ4となり、この硫酸セリアＣｅＳＯ4は排気ガスの空燃比がリッチにされても硫酸セリアＣｅＳＯ4のまま維持される。従って取込まれて吸蔵されたＳＯx量が増大するとセリアＣｅＯ2の量、即ち酸素保持能力が低下することになる。そこでこの第２実施例では酸素保持触媒１６の酸素保持能力の低下量からＳＯx吸蔵量を求めるようにしている。
【００４３】
次に図１１を参照しつつこの酸素保持能力の検出方法について説明する。この図１１には酸素保持触媒１６への吸蔵ＳＯx量と、酸素保持触媒１６に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするリッチ制御と、酸素保持触媒１６から流出する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆの変化を示している。
【００４４】
酸素保持触媒１６に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされるとセリアＣｅＯ2を構成している酸素が排気ガス中に含まれるＨＣやＣＯによって消費され、図１１のΔｔで示されるようにこの間、酸素保持触媒１６から流出する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆはほぼ理論空燃比に維持される。次いで全てのセリアＣｅＯ2がセリウムＣｅに変化すると流出排気ガスの空燃比Ａ／Ｆはリッチとなる。この場合、流出排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがほぼ理論空燃比Ａ／Ｆに維持される時間ΔｔはセリアＣｅＯ2の量に比例しており、従ってこの時間Δｔの変化から酸素保持能力を検出できることになる。
【００４５】
この第２実施例では酸素素保持触媒１６から流出する排気ガスの空燃比を検出するためにセンサ１８として空燃比センサが用いられており、この空燃比センサ１８により検出された排気ガスの空燃比に基づいて酸素保持触媒１６の酸素保持能力の低下量が求められる。この場合、図１１に示されるように酸素保持触媒１６に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切換えられたときに、酸素保持触媒１６に保持されている酸素を消費するのに要する時間Δｔから酸素保持触媒１６の酸素保持能力が求められる。
【００４６】
吸蔵ＳＯx量が増大すると酸素保持能力は低下し、従って酸素保持能力の低下量から吸蔵ＳＯx量を推定することができる。なお、排気浄化触媒１４としては例えば排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】図１に示される排気管１３の拡大図である。
【図３】ＮＯx吸蔵触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。
【図４】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５】ＮＯx吸蔵量の検出方法を説明するための図である。
【図６】排出ＮＯx量ＮＯＸＡのマップを示す図である。
【図７】排気浄化処理を行うためのフローチャートである。
【図８】排気ガス中のＳＯx量を推定するためのフローチャートである。
【図９】変形例を示す図である。
【図１０】ＮＯx放出制御を行うためのフローチャートである。
【図１１】酸素保持能力の検出方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４８】
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
１２    ＳＯxトラップ触媒
１４    排気浄化触媒
１５    排気流通管
１６    小型ＳＯx吸蔵触媒
１８    センサ
１９，２６    燃料供給弁
【図１】
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【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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