JP2008280885A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＯｘトラップ触媒に捕獲されたＳＯｘの放出を抑制し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が硫黄被毒してしまうことを抑制する。
【解決手段】ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１上流の機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＳＯｘを捕獲しうるＳＯｘトラップ触媒１９を配置する。ＳＯｘトラップ触媒１９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１９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するが、ＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの空燃比がリッチで且つＳＯｘトラップ触媒１９の温度がＳＯｘ放出温度以上になると予想されるときに、空燃比をリーンとするように制御する空燃比制御手段によって前記ＳＯｘトラップ触媒に捕獲されたＳＯｘの放出が抑制されるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

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を還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置した内燃機関が公知である。この内燃機関ではリーン空燃比の下で燃焼が行われているときに発生するＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵される。一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和に近づくと排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされ、それによってＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘが還元浄化される。

ところで燃料および潤滑油内には硫黄が含まれており、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吸蔵還元触媒に吸蔵される。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吸蔵還元触媒から放出されず、従ってＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＳＯｘの量が次第に増大していく（以下、硫黄被毒という）。その結果としてＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵しうるＮＯｘ量が次第に減少してしまう。

そこでＮＯｘ吸蔵還元触媒にＳＯｘが吸蔵されるのを阻止するためにＮＯｘ吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内にＳＯｘトラップ触媒を配置した圧縮着火式内燃機関が公知である（特許文献１参照）。この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下で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する。その結果としてＳＯｘトラップ率が回復されるという性質を有する。そこでこの内燃機関ではＳＯｘトラップ触媒によるＳＯｘトラップ率を推定する推定手段を具備しており、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下でＳＯｘトラップ触媒の温度を上昇させる。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。

特開２００５−１３３６１０号公報

上述のようなＳＯｘトラップ触媒を圧縮着火式内燃機関に用いる場合には、ＳＯｘトラップ触媒がＳＯｘを放出してしまわないように、ＳＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持し続けることは難しいことではない。しかしながら、上述のＳＯｘトラップ触媒を火花点火式内燃機関に用いる場合には、高負荷時や急加速時などに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りやすい。そうすると、ＳＯｘトラップ触媒の触媒温度によっては、ＳＯｘがＳＯｘトラップ触媒から放出されてしまうこととなり、下流にあるＮＯｘ吸蔵還元触媒にＳＯｘが吸蔵される。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵しうるＮＯｘ量が次第に減少してしまうという問題がある。

そこで本発明は上記問題に鑑み、ＳＯｘトラップ触媒に捕獲されたＳＯｘの放出を抑制し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が硫黄被毒してしまうことを抑制するようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明によれば、機関排気通路内に、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ＳＯｘを捕獲するＳＯｘトラップ触媒であって、流入する排気ガスの空燃比がリーンの下で当該ＳＯｘトラップ触媒の温度が上昇すると捕獲したＳＯｘが次第に当該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当該ＳＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチの下で当該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するＳＯｘトラップ触媒を配置し、該ＳＯｘトラップ触媒下流排気通路内に、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を還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置した内燃機関において、運転条件の変化によって前記ＳＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチで且つ前記ＳＯｘトラップ触媒の温度がＳＯｘ放出温度以上になると予想されるときに空燃比をリーンとするように制御する空燃比制御手段を具備し、前記ＳＯｘトラップ触媒に捕獲されたＳＯｘの放出が抑制されるようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。

すなわち、請求項１に記載の発明では、ドライバーの加速要求など運転条件の変化によってＳＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチで且つ前記ＳＯｘトラップ触媒の温度がＳＯｘ放出温度以上になると予想されるときに、空燃比をリーンとするように制御することによって、ＳＯｘトラップ触媒に捕獲されたＳＯｘの放出が抑制される。それによって下流にあるＮＯｘ吸蔵還元触媒がＳＯｘを吸蔵することによる吸蔵しうるＮＯｘ量の減少が抑制されるという効果を奏する。ここでＳＯｘ放出温度とは、ＳＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチである場合においてＳＯｘトラップ触媒に捕獲されたＳＯｘが放出される温度（例えば６００℃）をいう。

また、請求項２に記載の発明によれば請求項１に記載の発明において、前記空燃比制御手段が、前記ＳＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比を要求されたトルクが確保できる限界のリーン空燃比に制御する内燃機関の排気浄化装置が提供される。すなわち、請求項２に記載の発明では、空燃比制御手段が、要求トルクを満たすことが可能な限界のリーン空燃比となるようにＳＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御することによって、要求トルクを満たしつつ確実にリーン空燃比となるようにしている。その結果、ＳＯｘトラップ触媒に捕獲されたＳＯｘの放出を抑制している。

また、請求項３に記載の発明によれば請求項１に記載の発明において、前記空燃比制御手段が、前記ＳＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍のリーンに制御する内燃機関の排気浄化装置が提供される。すなわち、請求項３に記載の発明では、空燃比制御手段が、ＳＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍のリーンとなるように制御することによって、ＳＯｘトラップ触媒に捕獲されたＳＯｘの放出を抑制している。従って、請求項２に記載の発明よりもさらに理論空燃比に近いリーンで運転することが可能となるので、より高いトルク要求を満たすことが可能となる。

また、請求項４に記載の発明によれば請求項１に記載の発明において、前記空燃比制御手段が、前記ＳＯｘトラップ触媒上流の排気通路内に酸素を供給する手段を具備した内燃機関の排気浄化装置が提供される。すなわち、ＳＯｘトラップ触媒上流の排気通路内に酸素を供給することによって、機関燃焼室内において燃焼する混合気の空燃比に関わらず、ＳＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比を常にリーンにすることが可能となる。

また、請求項５に記載の発明によれば請求項１に記載の発明において、前記ＳＯｘトラップ触媒の触媒温度がＳＯｘ放出温度にまで上昇することを抑止する触媒昇温抑止手段を具備した内燃機関の排気浄化装置が提供される。すなわち、触媒昇温抑止手段を用いてＳＯｘトラップ触媒の触媒温度がＳＯｘ放出温度にまで上昇することを抑止すれば、万が一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った場合でも、ＳＯｘトラップ触媒に捕獲されたＳＯｘの放出を確実に抑制できる。

また、請求項６に記載の発明によれば請求項５に記載の発明において、前記触媒昇温抑止手段が水又は空気によって前記ＳＯｘトラップ触媒を冷却する内燃機関の排気浄化装置が提供される。すなわち、水又は空気を用いてＳＯｘトラップ触媒自体を冷却することによって、触媒温度がＳＯｘ放出温度に上昇することを抑止できる。

また、請求項７に記載の発明によれば請求項５に記載の発明において、前記触媒昇温抑止手段が、前記ＳＯｘトラップ触媒上流の排気通路から分岐して再び前記ＳＯｘトラップ触媒上流に合流する周回通路と、該周回通路と前記ＳＯｘトラップ触媒のいずれか一方に排気ガスを流入させる切換弁とを具備した内燃機関の排気浄化装置が提供される。すなわち、高温の排気ガスがＳＯｘトラップ触媒に流入する前に周回流路を経由させることによって冷却され、ＳＯｘトラップ触媒がＳＯｘ放出温度以上になることを抑止することが可能となる。

各請求項に記載の発明によれば、ＳＯｘトラップ触媒に捕獲されたＳＯｘの放出を抑制するという共通の効果を奏する。

以下に示す実施形態では本発明を火花点火式内燃機関に適用した場合について説明するが、圧縮着火式内燃機関に適用してもよい。そして、この火花点火式内燃機関は、機関燃焼室内において燃焼する混合気の空燃比が基本的にリーン（例えば空燃比３０）となるように制御して運転されるが、機関状態やドライバーの加速要求によっては機関燃焼室内において燃焼する混合気の空燃比が理論空燃比又はリッチに変動することもある。このような場合に、いかにしてＳＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチとならないようにするか、または、ＳＯｘトラップ触媒の触媒温度がＳＯｘ放出温度を超えないようにするかについて、以下に説明する。

図１に内燃機関の全体図を示す。図１を参照すると、１は例えば四つの気筒を備えた機関本体、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は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポート、１０は点火栓をそれぞれ示す。吸気ポート７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を介してエアクリーナ１４に連結される。吸気ダクト１３内には吸入空気流量を検出するためのエアフローメータ１５とスロットル弁１６とが配置される。また、吸気ポート７内には吸気ポート７内に燃料を噴射する電気制御式の燃料噴射弁１７が配置される。一方、排気ポート９は排気マニホルド１８を介してＳＯｘトラップ触媒１９に連結され、ＳＯｘトラップ触媒１９は排気管２０を介してＮＯｘ吸蔵還元触媒２１に連結され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は排気管２２に連結される。ＳＯｘトラップ触媒１９の上流には空燃比を検出するための空燃比センサ２３が取り付けられ、ＳＯｘトラップ触媒１９には触媒温度を検出する触媒温度センサ２４が取り付けられる。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）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。アクセルペダル３９にはアクセルペダル３９の踏み込み量を検出するための負荷センサ４０が接続される。ここで、アクセルペダル３９の踏み込み量は要求負荷を表している。エアフローメータ１５、空燃比センサ２３、触媒温度センサ２４、および負荷センサ４０の出力信号はそれぞれ対応する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４１が接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４１の出力パルスに基づいて機関回転数Ｎが算出される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して点火栓１０、スロットル弁１６、および燃料噴射弁１７にそれぞれ接続され、これらは電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０からの出力信号に基づいて制御される。

図２に本発明による２番目の実施形態の構成を示す。この実施形態では、ＳＯｘトラップ触媒１９の上流に、空気（酸素）供給弁２５がさらに取り付けられ、排気通路内に空気（酸素）を供給することによって排気ガスの空燃比を調節可能にしている。ここで排気ガスの空燃比とは、吸気ポート７、燃焼室５およびＳＯｘトラップ触媒１９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）の比をいう。

図３に本発明による３番目の実施形態の構成を示す。この実施形態では、ＳＯｘトラップ触媒１９上流の排気通路から分岐し、再びＳＯｘトラップ触媒１９の上流であって上記分岐部の下流の排気通路内に合流するように構成された周回通路２６を有していることを特徴とする。周回通路２６の分岐部にはアクチュエータ２７によって制御される切換弁２８が配置される。この切換弁２８は、アクチュエータ２７によって図３の実線で示されるように周回通路２８の入口部を閉鎖してＳＯｘトラップ触媒１９への入口部を全開する閉位置と、図３の破線で示されるようにＳＯｘトラップ触媒１９への入口を閉鎖して周回通路２６の入口部を全開する開位置とのいずれか一方の位置に制御される。なお、周回通路２６を経由した排気ガスが再び排気通路内に流入する流入口は、上記アクチュエータ２７が閉位置にある時に排気ガスが流入口から逆流しないように逆止弁を取り付けてもよい。

まず初めに図１を参照して、本発明の１番目の実施形態について説明する。ＳＯｘトラップ触媒１９に捕獲されたＳＯｘが放出されてしまうのは、ＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの空燃比がリッチであって且つＳＯｘトラップ触媒の温度がＳＯｘ放出温度以上の場合である。従って、本実施形態においては、ＳＯｘトラップ触媒の温度がＳＯｘ放出温度以上の場合において、ＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの空燃比がリーンとなるように制御している。

具体的には１番目の方法として、例えば、大幅なリーン空燃比による運転状態から加速要求によって比較的リーンの程度が低い空燃比領域（空燃比約２０から理論空燃比までの領域）の運転状態に変化する場合を想定する。従来の空燃比制御によると、急加速要求時などの場合は一旦リッチ空燃比を経た後、比較的リーンの程度が低い空燃比領域となる。しかし、本発明においては、そのとき要求されるトルクが、高負荷時又は急加速時等に想定される最大の要求トルクであっても、理論空燃比又はリッチ空燃比となることなく上記比較的リーンの程度が低い空燃比領域内となるように制御する。このように制御することによって、ＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持し続けることが可能となる。

２番目の方法として、空燃比センサ２３を用いてＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの空燃比をフィードバックすることによって、流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍のリーン（例えば空燃比１４．８）となるように制御する方法である。これによると１番目の方法よりもさらに理論空燃比に近いリーンで運転することが可能となるので、より高いトルク要求を満たすことが可能となる。なお、空燃比センサ２３は、Ｏ₂センサに置き換えても良く、また空燃比センサ２３と併せてＳＯｘトラップ触媒１９の下流にＯ₂センサを取り付けてもよい。

その他の方法としては、例えば加速運転時に燃料増量の要求があった場合に、ＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの空燃比がリッチとならないように、例えば理論空燃比に保持したり、燃料増量の割合を縮小してリッチ空燃比とならないように制御したりすることも考えられる。また、仮にＮＯｘ吸蔵還元触媒２１を還元浄化するためのリッチスパイク要求があったとしても、ＳＯｘトラップ触媒の温度がＳＯｘ放出温度以上の場合には、それを禁止するようにしてもよい。

さらに、これら方法において、要求トルクを満たすために、例えば、機械式過給機によって過給したり、電動モータ等を併せて用いたりすることによって要求トルクを満たすようにしてもよい。このような追加の手段を用いることで、例えば上記１番目の方法においては、より大きいリーン空燃比を確実に確保することが可能となる。

次に、図２に示す本発明の２番目の実施形態について説明する。本実施形態による内燃機関の排気制御装置も１番目の実施形態による内燃機関の排気制御装置と同様に、ＳＯｘトラップ触媒の温度がＳＯｘ放出温度以上の場合において、ＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの空燃比がリッチにならないように、ＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの空燃比が常にリーンとなるように空燃比を制御している。

そのための方法としては、ＳＯｘトラップ触媒１９の上流の空気（酸素）供給弁２５から空気（酸素）を供給することによって、ＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの空燃比を調節している。これによる利点は、機関燃焼室内において燃焼する混合気の空燃比に関わらず、ＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの空燃比を調節することが可能であることである。

さらなる効果として、ＳＯｘトラップ触媒１９の触媒温度が過度に上昇し、触媒がその熱によって劣化してしまう恐れがある場合でも、排気ガスよりも低温である空気（酸素）の供給量を増加することによって冷却することも可能である。そして、その結果としてＳＯｘトラップ触媒１９の下流のＮＯｘ吸蔵還元触媒２１に、未だ燃焼していない燃料（ＨＣ）又は還元剤（ＨＣ，ＣＯ）と空気（酸素）が供給されることになる。そして、それらが酸化反応し、発熱することによってＮＯｘ吸蔵還元触媒２１も劣化してしまう恐れがある。しかしながらそのような場合でも、供給する空気（酸素）量をさらに増加することによって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１を冷却することが可能である。

次に、図３に示す本発明の３番目の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の他の実施形態とは異なり、ＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの空燃比をリーンとするのではなく、ＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチの場合において、ＳＯｘトラップ触媒１９の触媒温度がＳＯｘ放出温度以上とならないように制御している。それによってＯｘトラップ触媒１９に捕獲されたＳＯｘが放出されないようにしている。

そのため、触媒温度センサ２４によって触媒温度を監視し、触媒温度がＳＯｘ放出温度を超えそうになると、アクチュエータ２７を稼働して、切換弁２８を切り換えることによって高温の排気ガスを周回通路２６に導くように制御している。周回通路２６を経由した排気ガスは再び排気通路内に導かれる頃には十分冷却され、冷却された排気ガスがＳＯｘトラップ触媒１９に流入することによって触媒温度がＳＯｘ放出温度を超えることが回避される。

なお、本実施形態では、周回通路２６を経由させることによってＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの温度を冷却し、触媒温度の上昇を防止したが、例えばＳＯｘトラップ触媒１９のケーシング周囲に外気を循環させることによる空冷機構を用いてもよい。さらに、ケーシング周囲をウォータージャケットで覆い、水を循環させることによる水冷機構によって直接的にＳＯｘトラップ触媒１９を冷却してもよい。

次に、上述の各実施形態における硫黄被毒抑制操作のフローチャートについて説明する。各硫黄被毒抑制操作はＥＣＵ３０により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ルーチンとして行われる。

図４は、１番目の実施形態による硫黄被毒抑制操作のフローチャートを示している。図４を参照すると、まずステップ１００でＳＯｘトラップ触媒１９に捕獲されたＳＯｘ量を推定し、ＳＯｘトラップ触媒１９に捕獲されたＳＯｘ量ΣＳＯＸ１が予め定められた量ＳＯＸ０以上であるかどうかが判定される。すなわち、捕獲されたＳＯｘ量ΣＳＯＸ１が予め定められた量ＳＯＸ０以下である場合には、仮にＳＯｘトラップ触媒１９からＳＯｘが放出されたとしてもすぐ再びＳＯｘトラップ触媒１９自体に再び捕獲され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１に到達することがほとんどない。従ってその後の操作を行わずにルーチンを終了する。

ここでＳＯｘトラップ触媒１９に捕獲されたＳＯｘ量ΣＳＯＸ１を推定する方法について説明する。燃料中には或る割合で硫黄が含まれており、従って排気ガス中に含まれるＳＯｘ量、すなわちＳＯｘトラップ触媒１９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１９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。本発明による実施形態ではＳＯｘトラップ触媒１９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７（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。

また、潤滑油内にも或る割合で硫黄が含まれており、燃焼室５内で燃焼する潤滑油量、すなわち排気ガス中に含まれていてＳＯｘトラップ触媒１９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。本発明による実施形態では潤滑油に含まれていてＳＯｘトラップ触媒１９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７（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１９に捕獲されているＳＯｘ量ΣＳＯＸ１が算出される。

上述のようにして算出されたＳＯｘトラップ触媒１９に捕獲されたＳＯｘ量ΣＳＯＸ１が予め定められた量ＳＯＸ０以上である場合には、ステップ１０１に進んでＳＯｘトラップ触媒１９の触媒温度ＴがＳＯｘ放出温度Ｔ０以上であるかどうかが判定される。すなわち、触媒温度ＴがＳＯｘ放出温度Ｔ０未満である場合には、空燃比によらず捕獲されたＳＯｘが放出されることはないので、その後の操作を行わずにルーチンを終了する。なお、捕獲されたＳＯｘの放出を確実に抑制するために、ステップ１０１において判定される温度をＳＯｘ放出温度Ｔ０よりもわずかばかり低い温度とすることが望ましい。

ステップ１０１において、触媒温度ＴがＳＯｘ放出温度Ｔ０以上である場合には、ステップ１０２に進んでＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの空燃比ＡＦが理論空燃比ＡＦ０又はリッチ（＜ＡＦ０）であるかどうかが判定される。ここで空燃比が理論空燃比である場合においても判定の対象としているのは、基本的に理論空燃比ＡＦ０である場合にはＳＯｘはほとんど放出されない。しかしながら、わずかでもリッチ空燃比（＜ＡＦ０）となれば放出が開始されるので、その直前段階で空燃比の低下を抑止するためである。ＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの空燃比ＡＦが理論空燃比ＡＦ０又はリッチ（＜ＡＦ０）でない場合、すなわちリーン空燃比（＞ＡＦ０）である場合には、ＳＯｘトラップ触媒１９に捕獲されたＳＯｘが放出されることはないので、その後の操作を行わずにルーチンを終了する。

一方、ステップ１０２において、ＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの空燃比ＡＦが理論空燃比ＡＦ０又はリッチ（＜ＡＦ０）である場合には、ＳＯｘトラップ触媒１９に捕獲されたＳＯｘが放出されてしまう（または理論空燃比の場合はその恐れがある）。従って、ステップ１０３に進んで、前述したような方法によってＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの空燃比がリーンとなるように空燃比制御を行う。そしてルーチンを終了する。

図５は、２番目の実施形態による硫黄被毒抑制操作のフローチャートを示している。図５を参照すると、ステップ２００からステップ２０２までの操作は、図４に示す１番目の実施形態による硫黄被毒抑制操作の対応するステップ１００からステップ１０２と同様である。従って、ステップ２０３は、ステップ２０２においてＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの空燃比ＡＦが理論空燃比ＡＦ０又はリッチ（＜ＡＦ０）である場合に行われる。ステップ２０３では、捕獲されたＳＯｘの放出を抑制すべく、前述したように、ＳＯｘトラップ触媒１９に流入する排気ガスの空燃比がリーンになるように空気（酸素）供給弁２５から空気（酸素）を供給する。そしてルーチンを終了する。

図６は、３番目の実施形態による硫黄被毒抑制操作のフローチャートを示している。図６を参照すると、ステップ３００からステップ３０１までの操作は、図４に示す１番目の実施形態による硫黄被毒抑制操作の対応するステップ１００からステップ１０１と同様である。従って、ステップ３０２は、ステップ３０１において触媒温度ＴがＳＯｘ放出温度Ｔ０以上である場合に行われる。ステップ３０２では、ＳＯｘトラップ触媒１９の触媒温度Ｔを下げるため、前述したように切換弁２８を開位置に切り換えて周回通路２６に排気ガスを導く。周回通路２６に導かれて冷却された排気ガスがＳＯｘトラップ触媒１９に流入するようにすることで、ＳＯｘトラップ触媒１９を冷却する。また、それ以外の方法として、ステップ３０２において、前述したような空冷機構又は水冷機構を用いることでＳＯｘトラップ触媒１９自体を冷却するようにしてもよい。これらいずれかの方法又はこれらを組み合わせた方法を用いてＳＯｘトラップ触媒１９の昇温を抑止し、そしてルーチンを終了する。

本発明の１番目の実施形態による内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。 本発明の２番目の実施形態による内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。 本発明の３番目の実施形態による内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。 本発明の１番目の実施形態による硫黄被毒抑制操作のフローチャートである。 本発明の２番目の実施形態による硫黄被毒抑制操作のフローチャートである。 本発明の３番目の実施形態による硫黄被毒抑制操作のフローチャートである。 ＳＯｘトラップ触媒に捕獲されるＳＯｘ量のマップを示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
１９ ＳＯｘトラップ触媒
２１ ＮＯｘ吸蔵還元触媒
２３ 空燃比センサ
２４ 触媒温度センサ
３０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (7)

1. 機関排気通路内に、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ＳＯｘを捕獲するＳＯｘトラップ触媒であって、流入する排気ガスの空燃比がリーンの下で当該ＳＯｘトラップ触媒の温度が上昇すると捕獲したＳＯｘが次第に当該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当該ＳＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチの下で当該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するＳＯｘトラップ触媒を配置し、該ＳＯｘトラップ触媒下流排気通路内に、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を還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置した内燃機関において、運転条件の変化によって前記ＳＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチで且つ前記ＳＯｘトラップ触媒の温度がＳＯｘ放出温度以上になると予想されるときに空燃比をリーンとするように制御する空燃比制御手段を具備し、前記ＳＯｘトラップ触媒に捕獲されたＳＯｘの放出が抑制されるようにした内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記空燃比制御手段が、前記ＳＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比を要求されたトルクが確保できる限界のリーン空燃比に制御する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記空燃比制御手段が、前記ＳＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍のリーンに制御する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記空燃比制御手段が、前記ＳＯｘトラップ触媒上流の排気通路内に酸素を供給する手段を具備した請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記ＳＯｘトラップ触媒の触媒温度がＳＯｘ放出温度にまで上昇することを抑止する触媒昇温抑止手段を具備した請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記触媒昇温抑止手段が水又は空気によって前記ＳＯｘトラップ触媒を冷却する請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記触媒昇温抑止手段が、前記ＳＯｘトラップ触媒上流の排気通路から分岐して再び前記ＳＯｘトラップ触媒上流に合流する周回通路と、該周回通路と前記ＳＯｘトラップ触媒のいずれか一方に排気ガスを流入させる切換弁とを具備した請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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