JP2009108699A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯx吸蔵還元触媒にＳＯxが流入することを防止すると共にＳＯxトラップ触媒を延命する。
【解決手段】捕集したＳＯxを放出するタイプの上流側ＳＯxトラップ触媒２１と、ＳＯxを捕集して保持するタイプの下流側ＳＯxトラップ触媒２３と、ＮＯx吸蔵還元触媒２６とを有し、上流側ＳＯxトラップ触媒から流出した排気ガスを下流側ＳＯxトラップ触媒及びＮＯx吸蔵還元触媒を迂回して排気通路下流へ導くバイパス通路２８と、バイパス通路入口に配置され、上流側ＳＯxトラップ触媒から流出した排気ガスを下流側ＳＯxトラップ触媒へ導くバイパス閉位置及びバイパス通路内に導くバイパス開位置間で切替可能な切替弁２９とを更に有し、上流側ＳＯxトラップ触媒がＳＯx放出温度以上となって捕集したＳＯxを放出するとき切替弁がバイパス開位置に切り替えられる。
【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。

内燃機関に使用される燃料及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。ところがこのＳＯxは機関排気通路内に配置された排気ガス浄化用触媒等の後処理装置の性能や耐久性を大幅に低下させる働きがあり、従って排気ガス中のＳＯxは除去することが好ましい。

そこで機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＳＯxを捕集する一対のＳＯxトラップ触媒を直列に配置した内燃機関が公知である（特許文献１参照）。この内燃機関では、上流側ＳＯxトラップ触媒がＮＯxを吸蔵する役割も果たしており、捕集されたＳＯx量が一定量を超えると、そのＮＯxの吸蔵能力を回復させるために排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにすると共に触媒温度を特定の温度以上にすることによって捕集されたＳＯxを放出させている。このとき、この内燃機関は、同様のＳＯx放出特性を有する下流側ＳＯxトラップ触媒も同時にＳＯxを放出してしまわないようにすると共に、上流側ＳＯxトラップ触媒から放出されたＳＯxを下流側ＳＯxトラップ触媒で捕集するようにしている。

特開２００３−３２２０１０号公報

このように一対のＳＯxトラップ触媒を直列に配置した場合、ＮＯxの吸蔵能力はＳＯxの捕集量に依存するため、後述するようなＮＯx吸蔵還元触媒を更に用いることが望ましい。その場合において、ＮＯx吸蔵還元触媒は、ＳＯxを捕集すると急激にＮＯxの吸蔵能力が低下するため、ＮＯx吸蔵還元触媒にＳＯxを全く流入させないことが望ましい。更に内燃機関をイオウの含有率の高い燃料を使用する地域で使用する場合、想定よりも早い時間でＳＯxトラップ触媒の捕集能力が飽和し劣化してしまう。

そこで本発明は、ＮＯx吸蔵還元触媒にＳＯxが流入することを防止すると共にＳＯxトラップ触媒を延命する内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために請求項１に記載の発明によれば、機関排気通路内に配置され、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を捕集する第一のＳＯxトラップ触媒であって、該第一の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第一のＳＯxトラップ触媒の温度がＳＯx放出温度以上であれば捕集したＳＯxを放出するタイプの第一のＳＯxトラップ触媒と、第一のＳＯxトラップ触媒下流排気通路内に配置され、流入したＳＯxを捕集して保持するタイプの第二のＳＯxトラップ触媒と、第二のＳＯxトラップ触媒下流排気通路内に配置され、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吸蔵還元触媒とを具備する内燃機関において、第一のＳＯxトラップ触媒から流出した排気ガスを第二のＳＯxトラップ触媒及びＮＯx吸蔵還元触媒を迂回して排気通路下流へ導くバイパス通路と、バイパス通路入口に配置され、第一のＳＯxトラップ触媒から流出した排気ガスを第二のＳＯxトラップ触媒へ導くバイパス閉位置及びバイパス通路内に導くバイパス開位置間で切替可能な切替弁とを更に具備し、第一のＳＯxトラップ触媒がＳＯx放出温度以上となって捕集したＳＯxを放出するとき切替弁がバイパス開位置に切り替えられる内燃機関の排気浄化装置が提供される。

即ち、請求項１に記載の発明では、異なるタイプの一対のＳＯxトラップ触媒をＮＯx吸蔵還元触媒上流の排気通路内に配置することによって、単一のＳＯxトラップ触媒を用いた場合に比べてより確実に排気ガス中のＳＯxを捕集し、更に第一のＳＯxトラップ触媒から放出されたＳＯxを含む排気ガスをバイパスさせることによって、第二のＳＯxトラップ触媒へのＳＯxの流入を抑え、触媒の延命を図ると共にＮＯx吸蔵還元触媒へのＳＯxの流入を防止することが可能になる。

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、第二のＳＯxトラップ触媒が第一のＳＯxトラップ触媒に比べて捕集したＳＯxを放出し難い性質を有する内燃機関の排気浄化装置が提供される。即ち、請求項２に記載の発明では、第二のＳＯxトラップ触媒が確実にＳＯxを保持し、ＮＯx吸蔵還元触媒へのＳＯxの流入を防止することが可能となる。

また、請求項３に記載の発明によれば請求項１又は２に記載の発明において、第一のＳＯxトラップ触媒上流排気通路に前記バイパス通路入口が開口し、還元剤を含む排気ガス又は空気を排気通路下流側から第一のＳＯxトラップ触媒に導入することによって排気通路上流側へＳＯxを放出させ、放出されたＳＯxが前記バイパス通路内に導かれる内燃機関の排気浄化装置が提供される。即ち、請求項３に記載の発明では、排気通路下流から上流へ逆流して第一のＳＯxトラップ触媒からＳＯxを放出させることで、第二のＳＯxトラップ触媒ひいてはＮＯx吸蔵還元触媒へのＳＯxの流入を防止し、第二のＳＯxトラップ触媒を延命させることが可能となる。

また、請求項４に記載の発明によれば請求項１から３のいずれか一つに記載の発明において、第二のＳＯxトラップ触媒が、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を捕集する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集した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集したＳＯxを放出する性質を有するＳＯxトラップ触媒である内燃機関の排気浄化装置が提供される。即ち、請求項４に記載の発明では、第二のＳＯxトラップ触媒に捕集されたＳＯxを触媒内部に拡散させることによって、ＳＯxを放出させずに捕集能力を回復させることが可能となり、ＮＯx吸蔵還元触媒へのＳＯxの流入を防止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から４のいずれか一つに記載の発明において、第二のＳＯxトラップ触媒が第一のＳＯxトラップ触媒から離間して配置されることで第一のＳＯxトラップ触媒から流出した排気ガスが、第二のＳＯxトラップ触媒に流入するまでに冷却され、第二のＳＯxトラップ触媒をそのＳＯx捕集能力が低下する温度まで昇温させない内燃機関の排気浄化装置が提供される。即ち、請求項５に記載の発明では、第一のＳＯxトラップ触媒からＳＯxを放出させる際の高温の排気ガスによって、第二のＳＯxトラップ触媒が昇温してしまい、ＳＯxが放出されやすく、即ちＳＯxを捕集しにくくなってしまうことを防止することが可能となる。

また、請求項６に記載の発明によれば請求項１から５のいずれか一つに記載の発明において、、第一のＳＯxトラップ触媒のＳＯx捕集能力が低下したとき、新品のＳＯxトラップ触媒と交換可能である内燃機関の排気浄化装置が提供される。即ち、請求項６に記載の発明では、第一のＳＯxトラップ触媒を交換可能にすることによって、特にバイパス通路や切替弁といった複雑な構成を用いなくてもＮＯx吸蔵還元触媒へのＳＯxの流入を防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、ＮＯx吸蔵還元触媒にＳＯxが流入することを防止すると共にＳＯxトラップ触媒を延命することができるという共通の効果を奏する。

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内にそれぞれ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それぞれ示す。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。

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１２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１２内には電気制御式ＥＧＲ制御弁１３が配置される。また、ＥＧＲ通路１２周りにはＥＧＲ通路１２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１４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１４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１５を介してコモンレール１６に連結される。このコモンレール１６内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１７から燃料が供給され、コモンレール１６内に供給された燃料は各燃料供給管１５を介して燃料噴射弁３に供給される。

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の出口に連結された排気通路１９内には上流側に位置する上流側ＳＯxトラップ触媒２１と下流側に位置する下流側ＳＯxトラップ触媒２３からなる一対のＳＯxトラップ触媒が排気管２２を介して直列に配置される。下流側ＳＯxトラップ触媒２３の出口は排気管２４を介してＮＯx吸蔵還元触媒２６に連結され、ＮＯx吸蔵還元触媒２６の出口は排気管２７に連結される。排気管２４内には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２５が取付けられる。そして、排気管２２からバイパス通路２８が分岐しＮＯx吸蔵還元触媒２６及び下流側ＳＯxトラップ触媒２３を迂回して排気管２７に合流している。排気管２２に設けられたバイパス通路２８の入口の開口には、切替弁２９が配置されている。切替弁２９は、図１に破線で示されるように上流側ＳＯxトラップ触媒２１から流出した排気ガスを下流側ＳＯxトラップ触媒２３内に導くバイパス閉位置と、図１に実線で示されるように、排気管２２を閉鎖して上流側ＳＯxトラップ触媒２１から流出した排気ガスをバイパス通路２８内に導くバイパス開位置との間で図示しないアクチュエータによって切替可能となっている。切替弁２９は通常、バイパス閉位置に保持されている。

電子制御ユニット５０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス５１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５４、入力ポート５５及び出力ポート５６を具備する。上流側ＳＯxトラップ触媒２１及び下流側ＳＯxトラップ触媒２３には上流側ＳＯxトラップ触媒２１及び下流側ＳＯxトラップ触媒２３の温度をそれぞれ検出するための温度センサ３０，３１が取付けられ、ＮＯx吸蔵還元触媒２６にもＮＯx吸蔵還元触媒２６の温度を検出するための温度センサ３２が取付けられる。これらの温度センサ３０，３１，３２及びエアフローメータ８の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。

アクセルペダル５９にはアクセルペダル５９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６０が接続され、負荷センサ６０の出力電圧は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。更に入力ポート５５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６１が接続される。一方、出力ポート５６は対応する駆動回路５８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０及び切替弁２９駆動用ステップモータ、還元剤供給弁２５、ＥＧＲ制御弁１３及び燃料ポンプ１７に接続される。

図２（Ａ）及び（Ｂ）はＮＯx吸蔵還元触媒２６の構造を示している。図２（Ａ）はＮＯx吸蔵還元触媒２６の正面図を示しており、図２（Ｂ）はＮＯx吸蔵還元触媒２６の側面断面図を示している。図２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにＮＯx吸蔵還元触媒２６はハニカム構造をなしており、隔壁６３によって形成され互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路６４を有する。

ＮＯx吸蔵還元触媒２６の基体上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持されている。図３はこの触媒担体７０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７０の表面上には貴金属触媒７１が分散して担持されており、更に触媒担体７０の表面上にはＮＯx吸収剤７２の層が形成されている。

本発明による実施例では貴金属触媒７１として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯx吸収剤７２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。

機関吸気通路、燃焼室２、及び、上流側ＳＯxトラップ触媒２１上流又はＮＯx吸蔵還元触媒２６上流の排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯx吸収剤７２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を還元放出するＮＯxの吸放出作用を行う。

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７２のＮＯx吸収能力が飽和してしまい、ＮＯx吸収剤７２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７２の吸収能力が飽和する前に還元剤供給弁２５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７２からＮＯxを放出させるようにしている。

ところで排気ガス中にはＳＯx、例えばＳＯ₂が含まれており、このＳＯ₂がＮＯx吸蔵還元触媒２６に流入するとこのＳＯ₂は白金Ｐｔ７１において酸化されてＳＯ₃となる。次いでこのＳＯ₃はＮＯx吸収剤７２内に吸収されて炭酸化バリウムＢａＣＯ₃と結合しながら、硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でＮＯx吸収剤７２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７２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７２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、時間が経過するにつれてＮＯx吸収剤７２が吸収しうるＮＯx量が低下することになる。

ところでこの場合、ＮＯx吸蔵還元触媒２６の温度を６００℃以上のＳＯx放出温度まで上昇させた状態でＮＯx吸蔵還元触媒２６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７２からＳＯxが放出される。ただし、この場合ＮＯx吸収剤７２からは少しずつしかＳＯxが放出されない。従ってＮＯx吸収剤７２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、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。

そこで本発明ではＮＯx吸蔵還元触媒２６の上流に上流側ＳＯxトラップ触媒２１を配置してこの上流側ＳＯxトラップ触媒２１により排気ガス中に含まれるＳＯxを捕集し、それによってＮＯx吸蔵還元触媒２６にＳＯxが流入しないようにしている。上流側ＳＯxトラップ触媒２１は例えばハニカム構造のモノリス触媒からなり、上流側ＳＯxトラップ触媒２１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。

図４は上流側ＳＯxトラップ触媒２１の基体７０の表面部分の断面を図解的に示している。図４に示されるように基体７５の表面上にはコート層７６が形成されており、このコート層７６の表面上には貴金属触媒７７が分散して担持されている。

本発明による実施例では貴金属触媒７７として白金が用いられており、コート層７６を構成する成分としては例えば、弱塩基性のアルミナＡｌ₂Ｏ₃、塩基性のジルコニアＺｒＯ₂、酸性のチタニアＴｉＯ₂、酸性のシリカＳｉＯ₂、酸性の酸化タングステンＷＯ₃から選ばれた少なくとも一つにより構成されている。或いは、強塩基性のカリウム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により構成されていてもよい。

排気ガス中に含まれるＳＯxの大部分はＳＯ₂であり、残りはＳＯ₃である。図４に示されるように排気ガス中に含まれるＳＯ₂は貴金属触媒７７においてＳＯ₃に酸化され、次いでコート層７６内に捕集される。コート層７６内に捕集されたＳＯ₃は硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でコート層７６内に拡散し、硫酸塩を形成する。また、排気ガス中に含まれる一部のＳＯx、即ちＳＯ₂及びＳＯ₃は図４に示されるように直接コート層７６内に捕集される。

上流側ＳＯxトラップ触媒２１は、上流側ＳＯxトラップ触媒２１の温度を例えば６００℃以上であるＳＯx放出温度に昇温させた状態で、上流側ＳＯxトラップ触媒２１に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすると捕集したＳＯxをＳＯ₂の形で放出する性質を有する。

さて、上述したように通常運転時には、切替弁２９はバイパス閉位置に保持されていると共に上流側ＳＯxトラップ触媒２１に流入する排気ガスの空燃比がリーンに維持されている。従って、排気ガスに含まれるＳＯxは全て上流側ＳＯxトラップ触媒２１に捕集されるため、ＮＯx吸蔵還元触媒２６にＳＯxは流入しない。

ところが、排気ガス中に含まれるＳＯxのうちで上流側ＳＯxトラップ触媒２１に捕集されるＳＯxの割合をＳＯxトラップ率と称すると、初めは１００パーセントに近いＳＯxトラップ率は、時間の経過と共に急速に低下してしまう。

そこで、本実施形態では、上流側ＳＯxトラップ触媒２１に捕集されたＳＯx量ΣＳＯＸを推定し、上流側ＳＯxトラップ触媒２１に捕集されたＳＯx量ΣＳＯＸが予め定められた量を超えたときに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し、切替弁２９をバイパス開位置に切り替えて上流側ＳＯxトラップ触媒２１から流出した排気ガスがＮＯx吸蔵還元触媒２６を迂回するようにしている。

ここで、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、即ち上流側ＳＯxトラップ触媒２１に捕集されるＳＯx量は燃料噴射量に比例する。燃料噴射量は要求トルク及び機関回転数の関数であり、従って上流側ＳＯxトラップ触媒２１に捕集されるＳＯx量も要求トルク及び機関回転数の関数となる。本発明による実施例では上流側ＳＯxトラップ触媒２１に単位時間当り捕集されるＳＯx量ＳＯＸＡが要求トルクＴＱ及び機関回転数Ｎの関数として図５（Ａ）に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ５２内に記憶されている。

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内で燃焼する潤滑油量、即ち排気ガス中に含まれていて上流側ＳＯxトラップ触媒２１に捕集されるＳＯx量も要求トルク及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上流側ＳＯxトラップ触媒２１に単位時間当り捕集されるＳＯx量ＳＯＸＢが要求トルクＴＱ及び機関回転数Ｎの関数として図５（Ｂ）に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ５２内に記憶されており、ＳＯx量ＳＯＸＡ及びＳＯx量ＳＯＸＢの和を積算することによって上流側ＳＯxトラップ触媒２１に捕集されているＳＯx量ΣＳＯＸが算出される。

切替弁２９をバイパス開位置に切り替えたとき、低下したＳＯxトラップ率を回復させるべくＳＯx放出処理を行う。即ち、上流側ＳＯxトラップ触媒２１の温度をＳＯx放出温度まで昇温させた状態で、排気行程中に燃焼室２内に燃料を噴射することによって、上流側ＳＯxトラップ触媒２１に流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチにして捕集されたＳＯxを放出させる。或いは図６に示される実施例では還元剤供給弁２０から還元剤を供給することによって、上流側ＳＯxトラップ触媒２１に流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチにすることも可能である。ただし、上流側ＳＯxトラップ触媒２１から流出される排気ガスがリッチになると、後述するように切替弁２９から排気ガスが漏れる場合があるためリッチにならないようにする必要がある。

図７は上流側ＳＯxトラップ触媒２１から流出される排気ガスの空燃比がリッチにならないようにする方法を説明するため、上流側ＳＯxトラップ触媒２１のＳＯx捕集量ΣＳＯＸと、上流側ＳＯxトラップ触媒２１に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）_INと、上流側ＳＯxトラップ触媒２１から流出する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）_OUTとの関係を示している。図７に示されるようにこの実施例ではＳＯx捕集量ΣＳＯＸが予め定められた許容量ＭＡＸになると上流側ＳＯxトラップ触媒２１から流出する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）_OUTをリッチにさせることなく上流側ＳＯxトラップ触媒２１に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）_INがリーンからリッチに一時的に切り換えられる。

上流側ＳＯxトラップ触媒２１に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）_INがリッチになると、即ち排気ガス中の酸素濃度が低下すると上流側ＳＯxトラップ触媒２１からＳＯxが放出され、このとき排気ガス中の還元成分によってＳＯxが還元される。排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）_INがリッチにされると供給された還元剤の一部は上述したようにＳＯxの還元のために使用され、また供給された還元剤は上流側ＳＯxトラップ触媒２１内を通過する際に通過時間にばらつきを生ずる。その結果、上流側ＳＯxトラップ触媒２１から流出する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）_OUTのピーク値は図７に示されるように低くなり、また空燃比（Ａ／Ｆ）_OUTは長い時間に亘ってゆっくりと変化するようになる。

従って排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）_INがリッチにされたときのリッチの度合を適切に設定すると上流側ＳＯxトラップ触媒２１から流出する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）_OUTをリーンに維持することができる。なお、上流側ＳＯxトラップ触媒２１に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）_INをリッチにするに当っては図８に示されるように複数のパルス状に空燃比（Ａ／Ｆ）_INをリッチにすることができる。

ところで、切替弁２９はその弁のタイプにも依るが、バイパス開位置にある状態でも排気ガスすべてをバイパス通路２８に誘導することはできず、１〜１０パーセント程度の割合で排気通路下流に排気ガスが漏れてしまうという問題がある。そこで、上流側ＳＯxトラップ触媒２１から放出され、切替弁２９から漏れたＳＯxを含む排気ガスによってＮＯx吸蔵還元触媒２６がイオウ被毒してしまわないように、ＮＯx吸蔵還元触媒２６上流に下流側ＳＯxトラップ触媒２３を配置している。即ち、上流側ＳＯxトラップ触媒２１は、一時的に捕集したＳＯxを定期的に放出する役割を果たし、下流側ＳＯxトラップ触媒２３は、流入したＳＯxを捕集して放出しないように保持する役割を果たしている。

別の視点から見ると、下流側ＳＯxトラップ触媒２３は、上流側ＳＯxトラップ触媒２１からＳＯxを放出させる際に切替弁２９から漏れた僅かなＳＯxを捕集するためにあるので、非常に長期間使用することが可能となり、即ち下流側ＳＯxトラップ触媒２３の延命が図れることとなる。

下流側ＳＯxトラップ触媒２３は、先に説明した上流側ＳＯxトラップ触媒２１と同じタイプのものであってもよいが、上流側ＳＯxトラップ触媒２１に比べて下流側ＳＯxトラップ触媒２３は、捕集したＳＯxを放出し難い性質を有することが好ましい。このような性質を有するＳＯxトラップ触媒の例として二つの実施例について説明する。

図９は、一番目の実施例による下流側ＳＯxトラップ触媒２３の基体８０の表面部分の断面を図解的に示している。図９に示されるように下流側ＳＯxトラップ触媒２３の基体８０の表面上にはコート層８１が形成されており、このコート層８１の表面上には貴金属触媒８２が分散して担持されている。

下流側ＳＯxトラップ触媒２３のコート層８１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、マグネシウムＭｇのようなアルカリ土類金属から選ばれた少なくとも一つが用いられている。即ち、下流側ＳＯxトラップ触媒２３のコート層８１は強塩基性を呈している。

ところで、コート層８１が強塩基性を呈していると排気ガス中に含まれるＳＯx、即ちＳＯ₂やＳＯ₃は直接コート層８１内に捕集されやすくなる。従って白金Ｐｔほど酸化能力のない鉄Ｆｅ又は銀Ａｇからなる卑金属触媒が使用されてもよく、或いは貴金属触媒８２として上流側ＳＯxトラップ触媒２１よりも少量の白金Ｐｔが使用される。

このように本実施例では、下流側ＳＯxトラップ触媒２３の貴金属触媒８２は上流側ＳＯxトラップ触媒２１の貴金属触媒７７に比べて酸化能力の低い貴金属触媒又は卑金属触媒が使用されている。従って下流側ＳＯxトラップ触媒２３は上流側ＳＯxトラップ触媒２１に比べて塩基性が強く、酸化能力が低いことになる。

図９においてコート層８１内における濃淡は捕集されたＳＯxの濃度を示している。図９からわかるようにコート層８１内におけるＳＯx濃度はコート層８１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８１の表面近傍におけるＳＯx濃度が高くなるとコート層８１の表面の塩基性が弱まり、ＳＯxの捕集能力が弱まる。

ところが下流側ＳＯxトラップ触媒２３の温度が機関運転中に上昇するとコート層８１内の表面近傍に集中的に存在するＳＯxはコート層８１内におけるＳＯx濃度が均一となるようにコート層８１の奥部に向けて拡散していく。即ち、コート層８１内に生成されている硫酸塩はコート層８１の表面近傍に集中している不安定な状態からコート層８１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８１内の表面近傍に存在するＳＯxがコート層８１の奥部に向けて拡散するとコート層８１の表面近傍のＳＯx濃度が低下し、ＳＯxの捕集能力が機関運転中に回復することになる。

図１０（Ａ）は、二番目の実施例による下流側ＳＯxトラップ触媒２３の基体８５の表面部分の断面を図解的に示している。図１０（Ａ）に示されるように下流側ＳＯxトラップ触媒２３の基体８５の表面上にはコート層８６が形成されており、このコート層８６の表面上には貴金属触媒８７が分散して担持されている。

本実施例では貴金属触媒８７として白金が用いられており、コート層８６内には触媒担体上に担持されている触媒が黒い点で示されるように一様に分散されている。コート層８６内において一様に分散されている触媒は主にアルカリ金属からなり、本発明による実施例ではアルカリ金属のうちでも特にリチウムＬｉ、ナトリウムＮａ、カリウムＫから選ばれた少なくとも一つが用いられている。

次にＳＯxのトラップメカニズムについて説明する。なお、以下アルカリ金属としてカリウムＫを用いた場合を例にとってＳＯxのトラップメカニズムについて説明するが他のアルカリ金属を用いた場合でも同様のトラップメカニズムとなる。

図１０（Ａ）は新品のときの下流側ＳＯxトラップ触媒２３を示しており、このときにはコート層８６内にカリウムＫが均一に分散されている。また、このときにはコート層８６内のカリウムＫは大気中のＣＯ₂と結びついて炭酸塩Ｋ₂ＣＯ₃の形をとっている。機関が運転されると排気ガス中に多量に含まれるＮＯが白金Ｐｔ８７において酸化され、次いで塩基性を呈しているコート層８６内に取込まれて硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形でコート層８６内に拡散する。この硝酸イオンＮＯ₃ ^-は炭酸イオンＣＯ₃ ^-よりも酸性が強く、従ってカリウムＫに結合している炭酸イオンＣＯ₃ ^-が硝酸イオンＮＯ₃ ^-に置き換わるためにコート層８６内には硝酸塩ＫＮＯ₃が生成される。

一方、機関が運転されると排気ガス中に含まれるＳＯx、即ちＳＯ₂は図１０（Ａ）に示されるように白金Ｐｔ８７上において酸化され、次いで塩基性を呈しているコート層８６内に硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形で取込まれる。ところで排気ガス中に含まれるＳＯxの濃度はＮＯxの濃度に比べてかなり低く、従ってＳＯxが硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でコート層８６内に取込まれる頃にはコート層８６内の多くのカリウムＫは硝酸塩ＫＮＯ₃となっている。従ってＳＯ₂は硝酸塩ＫＮＯ3が生成されているコート層８６内に硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形で取込まれることになる。

この場合、硫酸イオンＳＯ₄ ^2-は硝酸イオンＮＯ₃ ^-よりも酸性が強く、従ってこのときカリウムＫと結合している硝酸イオンＮＯ₃ ^-が硫酸イオンＳＯ₄ ^2-に置き換わるためにコート層８６の表面付近には硫酸塩Ｋ₂ＳＯ₄が生成される。このようにしてＳＯxが下流側ＳＯxトラップ触媒２３内に捕集される。

コート層８６の表面付近に生成される硫酸塩Ｋ₂ＳＯ₄が増大するとコート層８６の表面付近においてＳＯxを取り込みうる硝酸塩ＫＮＯ₃が減少し、その結果ＳＯxの捕集能力が弱まる。コート層８６の表面付近に生成される硫酸塩Ｋ₂ＳＯ₄が増大するとそれに伴ってＳＯxトラップ率が低下することになる。

このような状況下で、機関運転中に下流側ＳＯxトラップ触媒２３の温度をアルカリ金属の硝酸塩、例えばＫＮＯ₃が溶融状態になる温度に保持すると、下流側ＳＯxトラップ触媒２３内の硝酸塩ＫＮＯ₃が短時間のうちに図１０（Ｂ）に示されるように下流側ＳＯxトラップ触媒２３の表面、即ちコート層８６の表面に移動して凝集し、それによってＳＯxトラップ率が回復する。

即ち、ＳＯxがコート層８６の表面付近に硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形で取り込まれるとコート層８６の表面付近の酸性が強くなる。従ってアルカリ金属の硝酸塩ＫＮＯ₃が溶融状態に保持されていると硝酸塩ＫＮＯ₃がコート層８６の表面に向け移動してコート層８６の表面付近に凝集する。このように硝酸塩ＫＮＯ₃がコート層８６の表面付近に凝集すると到来したＳＯxはただちに硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形で取り込まれ、次いで硫酸塩Ｋ₂ＳＯ₄の形でコート層８６内に捕集される。こうしてアルカリ金属の硝酸塩を溶融状態に保持するとＳＯxトラップ率がほぼ１００パーセントまで回復することになる。

なお、アルカリ金属の硝酸塩ＫＮＯ₃は溶融状態にないときでも多少はコート層８６の表面に向けて移動するものと考えられる。従って正確に言うと、本実施例では機関運転中に下流側ＳＯxトラップ触媒２３の温度をアルカリ金属の硝酸塩ＫＮＯ₃が溶融状態となる温度に保持することにより、下流側ＳＯxトラップ触媒２３内の硝酸塩ＫＮＯ₃がコート層８６の表面に移動して凝集する硝酸塩移動凝集作用が促進され、この硝酸塩移動凝集作用によりＳＯxトラップ率が回復されることになる。

なお、図９及び図１０を用いて説明した上記二つのタイプのＳＯxトラップ触媒は、上流側ＳＯxトラップ触媒２１として用いてもよい。ただし、上流側ＳＯxトラップ触媒２１は、一時的に捕集したＳＯxを定期的に放出する役割を果たし、下流側ＳＯxトラップ触媒２３は、流入したＳＯxを捕集して放出しないように保持する役割を果たすため、下流側ＳＯxトラップ触媒２３は上流側ＳＯxトラップ触媒２１に比べて塩基性が強く、酸化能力が低いことが望ましい。

図１１は、上流側ＳＯxトラップ触媒２１に捕集されたＳＯxを放出させ、放出されたＳＯxをＮＯx吸蔵還元触媒２６下流排気通路内にバイパスするＳＯxバイパス操作のフローチャートについて説明する。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０によって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１１を参照すると、まず初めにステップ１００において図５（Ａ），（Ｂ）からそれぞれ単位時間当り捕集されるＳＯx捕集量ＳＯＸＡ及びＳＯＭＢが読み込まれる。次いでステップ１０１ではこれらＳＯＸＡ及びＳＯＭＢの和がＳＯx捕集量ΣＳＯＸに加算される。次いでステップ１０２ではＳＯx捕集量ΣＳＯＸが許容量ＭＡＸを超えたか否かが判定され、ΣＳＯＸ＞ＭＡＸとなったときにはステップ１０３に進む。一方、ＳＯx捕集量ΣＳＯＸが許容量ＭＡＸ以下の場合には、ＳＯx放出処理は行わずにルーチンを終了する。

ステップ１０３ではＳＯx放出処理の準備のため、またＳＯxトラップ率が低下した上流側ＳＯxトラップ触媒２１から捕集しきれなくなったＳＯxが排気通路下流に流入しないように、切替弁２９をバイパス開位置に切り替えるバイパス開位置切替制御が行われる。次いでステップ１０４において、上流側ＳＯxトラップ触媒２１の温度をＳＯx放出温度まで昇温させると共に排気ガスの空燃比をリーンからリッチにしてＳＯxを放出させるＳＯx放出処理を行う。次いでステップ１０５では切替弁２９をバイパス閉位置に切り替えるバイパス閉位置切替制御が行われる。最後にステップ１０６においてＳＯx捕集量ΣＳＯＸが０にクリアされてルーチンを終了する。

なお、以下に説明する他の実施例においてもＳＯxバイパス操作によって制御可能であり、その中で示されるバイパス開位置切替制御とは、当該実施例におけるすべての切替弁及び切替弁をバイパス開位置に切り替える制御のことであり、バイパス閉位置切替制御とは、当該実施例におけるすべての切替弁及び切替弁をバイパス閉位置にすることである。

次に図１２を参照しながら本発明による別の実施例について説明する。本実施例では、排気管２２がより長くなっている点以外、図１に示される内燃機関と同様の構成である。図１に示されるように上流側ＳＯxトラップ触媒２１と下流側ＳＯxトラップ触媒２３が近接して配置されると、上流側ＳＯxトラップ触媒２１のＳＯx放出処理時に切替弁２９から漏れた高温の排気ガスによって下流側ＳＯxトラップ触媒２３が昇温し、捕集能力の低下を招く。

そこで本実施例では、上流側ＳＯxトラップ触媒２１から流出した排気ガスが、下流側ＳＯxトラップ触媒２３の捕集能力を低下させない温度まで冷却されるように、排気管２２をより長くしている。例えば、排気管２２を長くするために、上流側ＳＯxトラップ触媒２１を排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂ付近に配置し、下流側ＳＯxトラップ触媒２３を車両床下のように機関本体から離して配置すること等が考えられる。

本実施例においては、図６に示されるように排気通路１９に還元剤供給弁２０を備えてもよい。

次に図１３を参照しながら本発明による更に別の実施例について説明する。本実施例では、図１に示される内燃機関の構成に加えて排気通路１９からバイパス通路３３が分岐し、バイパス開位置の切替弁２９より下流で排気管２２に合流している。また、排気通路１９に設けられたバイパス通路３３の入口の開口に切替弁３４を備え、切替弁３４の下流排気通路内に還元剤供給弁２０が配置されている。

切替弁３４は、図１３に実線で示されるように排気ガスの一部をバイパス通路３３内に誘導すると共に排気ガスの残りを上流側ＳＯxトラップ触媒２１に誘導するバイパス開位置と、図１３に破線で示されるように排気ガスを上流側ＳＯxトラップ触媒２１内に導くバイパス閉位置との間で図示しないアクチュエータによって切替可能となっている。切替弁３４は通常、バイパス閉位置に保持されている。

上流側ＳＯxトラップ触媒２１からのＳＯx放出時は、切替弁２９及び切替弁３４をバイパス開位置に切り替えるバイパス開位置切替制御を行う。放出されたＳＯxの大部分はバイパス通路２８内を経由して排気管２７内に誘導されるが、前述のように放出されたＳＯxの一部は切替弁２９から排気通路下流へ漏れてしまう。このように漏れたＳＯxを含む排気ガスは、切替弁３４によってバイパス通路３３に誘導された一部の排気ガスと混合する。バイパス通路３３を経由した排気ガスは、上流側ＳＯxトラップ触媒２１から流出した排気ガスよりも空燃比がリーンとなっており酸素をより多く含んでいる。従ってこれらが下流側ＳＯxトラップ触媒２３に流入することによって、ＳＯxの酸化が促進され、下流側ＳＯxトラップ触媒２３の捕集能力を向上させるという効果を奏する。

なお、本実施例では、排気行程中に燃焼室２内に燃料を噴射することによって上流側ＳＯxトラップ触媒２１に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることはできない。バイパス通路３３を経由して空燃比リーンの排気ガスを下流側ＳＯxトラップ触媒２３に流入させることができないからである。従って、切替弁３４の下流排気通路内に配置された還元剤供給弁２０から還元剤を供給することによって、上流側ＳＯxトラップ触媒２１に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする。

次に図１４を参照しながら本発明による更に別の実施例について説明する。本実施例では、上流側ＳＯxトラップ触媒２１下流であってバイパス通路２８の流入端の開口上流にＮＯx吸蔵還元触媒を担持したパティキュレートフィルタ３５を配置している。さらに上流側ＳＯxトラップ触媒２１に捕集されたＳＯxを放出させる際に用いられた還元剤等の未燃燃料が大気中への放出されるのを防止するため、酸化触媒３６をバイパス通路２８の流出端より下流、従って排気管２７の下流に配置している。それ以外の構成は図１に示す内燃機関と同様である。図６のように排気通路１９に還元剤供給弁２０が設けられていてもよい。

図１５（Ａ）及び（Ｂ）は図１４に示されるＮＯx吸蔵還元触媒を担持したパティキュレートフィルタ３５の構造を示している。図１５（Ａ）はパティキュレートフィルタ３５の正面図を示しており、図１５（Ｂ）はパティキュレートフィルタ３５の側面断面図を示している。

図１５（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ３５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９０，９１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９０と、上流端が栓９３により閉塞された排気ガス流出通路９１とにより構成される。なお、図１５（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓９３を示している。従って排気ガス流入通路９０及び排気ガス流出通路９１は薄肉の隔壁９４を介して交互に配置される。即ち、排気ガス流入通路９０及び排気ガス流出通路９１は各排気ガス流入通路９０が４つの排気ガス流出通路９１によって包囲され、各排気ガス流出通路９１が４つの排気ガス流入通路９０によって包囲されるように配置される。

パティキュレートフィルタ３５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９０内に流入した排気ガスは図１５（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁９４内を通って隣接する排気ガス流出通路９１内に流出する。

次に図１６を参照しながら本発明による更に別の実施例について説明する。本実施例では、基本的構成は図１４に示す実施例と同様であるが、排気通路の構成が異なる。即ち、排気管２２が排気流切替管４０に接続され、排気流切替管４０は排気管２２に接続されている以外三つの開口を有する。各開口は、下流側ＳＯxトラップ触媒２３の上流側に接続された排気管３７、ＮＯx吸蔵還元触媒２６の下流側に接続された排気管３８、酸化触媒３６の上流側に接続された排気管３９に接続されている。

排気流切替管４０は切替弁４０ａを備え、切替弁４０ａが図１６に実線で示されるように、上流側ＳＯxトラップ触媒２１から流出した排気ガスを下流側ＳＯxトラップ触媒２３内に導くバイパス閉位置と、図１６に破線で示されるように上流側ＳＯxトラップ触媒２１から流出した排気ガスを酸化触媒３６内に導くバイパス開位置との間で図示しないアクチュエータによって切替可能となっている。

排気ガスの流れについて説明すると、切替弁４０ａがバイパス閉位置にある場合、上流側ＳＯxトラップ触媒２１から流出した排気ガスは、排気管３７に誘導され、下流側ＳＯxトラップ触媒２３に流入する。その後、ＮＯx吸蔵還元触媒２６を経て、排気管３８から再び排気流切替管４０に流入する。そして、排気ガスは排気管３９に誘導され、酸化触媒３６を通って大気中へ排出される。

一方、切替弁４０ａがバイパス開位置にある場合、上流側ＳＯxトラップ触媒２１から流出した排気ガスは、排気管３９に誘導され、酸化触媒３６を通ってそのまま大気中へ排出される。排気流切替管４０は、図１等で使用するタイプの切替弁に生じていたような排気ガスが下流に漏れる割合が非常に少なくて済むというメリットがある。

本実施例においては、図６に示されるように排気通路１９に還元剤供給弁２０を備えてもよい。なお、この排気流切替弁４０はその他の実施例においても適用可能である。

次に図１７を参照しながら本発明による更に別の実施例について説明する。本実施例では、基本的な構成は図１に示される内燃機関と同様である。それに加え、排気通路１９及び排気管２２を連通するバイパス通路４１と、図１に示されるバイパス通路２８の代わりに排気通路１９及び排気管２７を連通するバイパス通路４５とが設けられている。

バイパス通路４１は図１７に示されるように途中で分岐しており、分岐したバイパス通路４１の出口は排気管２２の上流側及び下流側にそれぞれ接続される。排気通路１９に設けられたバイパス通路４１の入口の開口には切替弁４２を備え、バイパス通路４１の分岐部分には切替弁４３を備え、排気管２２の上流側に分岐したバイパス通路４１の出口の開口には切替弁４４を備え、バイパス通路４５の入口の開口には切替弁４６を備える。

各切替弁は、上流側ＳＯxトラップ触媒２１からＳＯxを放出時に、バイパス開位置切替制御によって図１７に実線で示されるバイパス開位置に切り替えられ、それ以外のときは、バイパス閉位置切替制御によって図１７に破線で示されるバイパス閉位置に、それぞれ図示しないアクチュエータによって切り替えられる。排気通路１９における、バイパス通路４１とバイパス通路４５のそれぞれの開口は、バイパス開位置切替制御後は切替弁４２，４６によって隔絶されている。

次に各切換弁がバイパス開位置切替制御によって切り替えられ、上流側ＳＯxトラップ触媒２１からＳＯxが放出されるときの排気ガスの流れについて説明する。

まず、ターボチャージャ７から流出した排気ガスは切替弁４２によってバイパス通路４１内に誘導される。そしてバイパス通路４１内において、図１７に実線で示されるような位置に切替弁４３が配置されることによって、排気ガスの一部が切替弁４４によって隔絶された排気管２２の上流側へ、排気ガスの残りは排気管２２の下流側へ誘導される。排気管２２の上流側へ誘導された排気ガスは、還元剤供給弁２０によって供給された還元剤と共に、各切換弁がバイパス閉位置にある場合における排気ガスの流れとは逆方向、即ち排気通路１９方向へ流動する。そして上流側ＳＯxトラップ触媒２１を通ってＳＯxを放出させる。その後ＳＯxを含んだ排気ガスはバイパス通路４５を通って排気管２７へ誘導され、大気中へ排出される。

本実施例では排気ガスを通常とは逆方向に流動させて上流側ＳＯxトラップ触媒２１のＳＯxを放出させているので、例えば図１に示される実施例のように、切替弁２９からのＳＯxの漏れが防止される。

次に図１８を参照しながら本発明による更に別の実施例について説明する。本実施例では、図１７に示す内燃機関と類似した構成をしているが、バイパス通路４１の分岐がない代わりに排気管２２が分岐して空気圧ポンプ４８に接続されている。

各切換弁がバイパス開位置切替制御によって切り替えられると、空気圧ポンプ４８によって圧縮空気が排気管２２内に導入され、圧縮空気は還元剤供給弁２０から供給された還元剤と共に上流側ＳＯxトラップ触媒２１に流入する。それによって図１７に示す実施例と同様に上流側ＳＯxトラップ触媒２１からＳＯxが放出され、バイパス通路４５を通って、最終的に大気中に排出される。本実施例においても、図１７の実施例と同様に、切替弁２９からのＳＯxの漏れが防止される。

なお、図１７及び図１８に示す実施例では、上記図１３に示す実施例と同様に排気行程中に燃焼室２内に燃料を噴射することによって上流側ＳＯxトラップ触媒２１に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることはできない。従って、還元剤供給弁２０から還元剤を供給することによって、上流側ＳＯxトラップ触媒２１に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする。

次に図１９を参照しながら本発明による更に別の実施例について説明する。本実施例は、バイパス通路２８及び切替弁２９がない以外、図１に示される内燃機関の構成と同様である。上流側ＳＯxトラップ触媒２１がＳＯxを捕集することで捕集能力が低下したとき、新品の触媒と交換することによって、下流側ＳＯxトラップ触媒２３へのＳＯxの流入を防止している。捕集能力が低下したときとは、例えば、図７（Ｂ）に示すマップから求められたＳＯx捕集量ΣＳＯＸが許容量ＭＡＸ以上になったときである。なお、その他の実施形態においても、捕集能力が低下したとき、新品の触媒と交換してもよい。

次に図２０を参照しながら本発明による更に別の実施例について説明する。本実施例では、これまでの実施例で用いてきた下流側ＳＯxトラップ触媒２３及びＮＯx吸蔵還元触媒２６の代わりに、例えば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ハニカム構造のモノリス触媒であって、排気通路上流側にＳＯxトラップ機能を備え、下流側にＮＯx吸蔵還元機能を備えた触媒４９を用いている。

本明細書に記載のその他の実施例において、下流側ＳＯxトラップ触媒２３及びＮＯx吸蔵還元触媒２６をこのような触媒４９と置き換えて用いてもよい。また、図１９及び図２０に示した実施例においては、図６に示されるように排気通路１９に還元剤供給弁２０を備えてもよい。

ところで、図７（Ｂ）に示すようなマップを予め作成し、そこからＳＯx捕集量ΣＳＯＸを求めることができるのは、燃料中のイオウの割合が常に一定であると仮定できる場合である。そのように仮定することができない場合、例えばイオウの割合が様々である場合、予めマップしたイオウの割合よりも高い割合の地域で使用する場合等においては、ＳＯx捕集量ΣＳＯＸを正確に推定することができず、適切なタイミングで上流側ＳＯxトラップ触媒２１からＳＯxを放出させることができない。

従ってその場合、図７（Ｂ）のようなマップから求める代わりに、上流側ＳＯxトラップ触媒２１のすぐ下流にＳＯxの流出を検出するセンサを配置してもよい。即ち、上流側ＳＯxトラップ触媒２１からＳＯxを強制的に放出させる処理を行っていないにもかかわらずＳＯxの放出を検出した場合は、捕集能力が飽和していると判断する。そしてＳＯxバイパス操作を実行して捕集能力を回復させるか又は上流側ＳＯxトラップ触媒２１自体の交換を行う。

圧縮着火式内燃機関の全体図である。 ＮＯx吸蔵還元触媒の構造を示す図である。 ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。 ＳＯxトラップ触媒の基体の表面部分の断面図である。 ＳＯx捕集量ＳＯＸＡ、ＳＯＸＢのマップを示す図である。 圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す図である。 リッチ制御を示すタイムチャートである。 リッチ制御を示すタイムチャートである。 ＳＯxトラップ触媒の基材の表面部分の断面図である。 ＳＯxトラップ触媒の基材の表面部分の断面図である。 ＳＯxバイパス制御を行うためのフローチャートである。 圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す図である。 圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す図である。 圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す図である。 パティキュレートフィルタの構造を示す図である。 圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す図である。 圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す図である。 圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す図である。 圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す図である。 圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す図である。

符号の説明

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
２１ 上流側ＳＯxトラップ触媒
２３ 下流側ＳＯxトラップ触媒
２６ ＮＯx吸蔵還元触媒
２８ バイパス通路
２９ 切替弁

Claims (6)

1. 機関排気通路内に配置され、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を捕集する第一のＳＯxトラップ触媒であって、該第一の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第一のＳＯxトラップ触媒の温度がＳＯx放出温度以上であれば捕集したＳＯxを放出するタイプの第一のＳＯxトラップ触媒と、第一のＳＯxトラップ触媒下流排気通路内に配置され、流入したＳＯxを捕集して保持するタイプの第二のＳＯxトラップ触媒と、第二のＳＯxトラップ触媒下流排気通路内に配置され、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吸蔵還元触媒とを具備する内燃機関において、第一のＳＯxトラップ触媒から流出した排気ガスを第二のＳＯxトラップ触媒及びＮＯx吸蔵還元触媒を迂回して排気通路下流へ導くバイパス通路と、バイパス通路入口に配置され、第一のＳＯxトラップ触媒から流出した排気ガスを第二のＳＯxトラップ触媒へ導くバイパス閉位置及びバイパス通路内に導くバイパス開位置間で切替可能な切替弁とを更に具備し、第一のＳＯxトラップ触媒がＳＯx放出温度以上となって捕集したＳＯxを放出するとき切替弁がバイパス開位置に切り替えられる内燃機関の排気浄化装置。
2. 第二のＳＯxトラップ触媒が第一のＳＯxトラップ触媒に比べて捕集したＳＯxを放出し難い性質を有する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 第一のＳＯxトラップ触媒上流排気通路に前記バイパス通路入口が開口し、還元剤を含む排気ガス又は空気を排気通路下流側から第一のＳＯxトラップ触媒に導入することによって排気通路上流側へＳＯxを放出させ、放出されたＳＯxが前記バイパス通路内に導かれる請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 第二のＳＯxトラップ触媒が、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を捕集する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集した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集したＳＯxを放出する性質を有するＳＯxトラップ触媒である請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 第二のＳＯxトラップ触媒が第一のＳＯxトラップ触媒から離間して配置されることで第一のＳＯxトラップ触媒から流出した排気ガスが、第二のＳＯxトラップ触媒に流入するまでに冷却され、第二のＳＯxトラップ触媒をそのＳＯx捕集能力が低下する温度まで昇温させない請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 第一のＳＯxトラップ触媒のＳＯx捕集能力が低下したとき、新品のＳＯxトラップ触媒と交換可能である請求項１から５のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。

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