JP3539268B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希薄燃焼可能な内燃機関より排出される排気ガスから窒素酸化物（ＮＯx）を浄化することができる排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
希薄燃焼可能な内燃機関より排出される排気ガスからＮＯxを浄化する排気浄化装置として、吸蔵還元型ＮＯx触媒に代表されるＮＯx吸収剤がある。ＮＯx吸収剤は、流入排気ガスの空燃比がリーン（即ち、酸素過剰雰囲気下）のときにＮＯxを吸収し、流入排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯxを放出するものであり、このＮＯx吸収剤の一種である吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーン（即ち、酸素過剰雰囲気下）のときにＮＯxを吸収し、流入排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯxを放出しＮ2に還元する触媒である。
【０００３】
この吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単に触媒あるいはＮＯx触媒ということもある）を希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置すると、リーン空燃比の排気ガスが流れたときには排気ガス中のＮＯxが触媒に吸収され、ストイキ（理論空燃比）あるいはリッチ空燃比の排気ガスが流れたときに触媒に吸収されていたＮＯxがＮＯ2として放出され、さらに排気ガス中のＨＣやＣＯなどの還元成分によってＮ2に還元され、即ちＮＯxが浄化される。
【０００４】
ところで、一般に、内燃機関の燃料には硫黄分が含まれており、内燃機関で燃料を燃焼すると、燃料中の硫黄分が燃焼してＳＯ2やＳＯ3などの硫黄酸化物（ＳＯx）が発生する。前記吸蔵還元型ＮＯx触媒は、ＮＯxの吸収作用を行うのと同じメカニズムで排気ガス中のＳＯxの吸収を行うので、内燃機関の排気通路にこのＮＯx触媒を配置すると、このＮＯx触媒にはＮＯxのみならずＳＯxも吸収される。
【０００５】
ところが、前記ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成するため、前記ＮＯx触媒からＮＯxの放出・還元を行うのと同じ条件下では、分解、放出されにくく触媒内に蓄積され易い傾向がある。ＮＯx触媒内のＳＯx蓄積量が増大すると、触媒のＮＯx吸収容量が減少して排気ガス中のＮＯxの除去を十分に行うことができなくなりＮＯx浄化効率が低下する。これが所謂ＳＯx被毒である。
【０００６】
そこで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化能を長期に亘って高く維持するために、ＮＯx触媒よりも上流に、排気ガス中のＳＯxを専ら吸収するＳＯx吸収剤を配置し、ＮＯx触媒にＳＯxが流れ込まないようにしてＳＯx被毒の防止を図った排気浄化装置が開発されている。
【０００７】
前記ＳＯx吸収剤は、流入ガスの空燃比がリーンのときにＳＯxを吸収し、流入ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＳＯxをＳＯ2として放出するものであるが、このＳＯx吸収剤のＳＯx吸収容量にも限りがあるため、ＳＯx吸収剤がＳＯxで飽和する前にＳＯx吸収剤から積極的にＳＯxを放出させる処理、即ち再生処理を実行する必要がある。
【０００８】
ＳＯx吸収剤の再生処理技術については、例えば特許番号第２６０５５８０号の特許公報に開示されている。この公報によれば、ＳＯx吸収剤に吸収されたＳＯxを放出させるには、流入排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにして酸素濃度を低下させる必要があり、また、ＳＯx吸収剤の温度が高い方がＳＯxが放出され易いとされている。
【０００９】
さらに、この公報に開示された再生処理技術では、ＳＯx吸収剤からＳＯxを放出させたときに、放出されたＳＯxが下流に配置されているＮＯx触媒に吸収されるのを防止するために、ＳＯx吸収剤とＮＯx触媒とを接続する排気管から分岐してＮＯx触媒を迂回するバイパス通路を設けるとともに、排気ガスをＮＯx触媒とバイパス通路のいずれに流すか選択的に切り替える排気経路切替弁を設け、ＳＯx吸収剤の再生処理実行中は排気経路切替弁の制御により排気ガスをバイパス通路に流れるようにしてＮＯx触媒には流れないようにし、再生処理を実行していない時には排気経路切替弁の制御により排気ガスをＮＯx触媒に流れるようにしてバイパス通路には流れないようにしている。このようにすると、再生処理実行中においては、ＳＯx吸収剤から放出されたＳＯxがＮＯx触媒に流れ込まなくなるので、ＮＯx触媒がＳＯx被毒するのを阻止することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の技術では、ＳＯx吸収剤の再生処理を行うときには、排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにして酸素濃度を低下させると同時に前記排気経路切替弁を制御して排気ガスをバイパス通路に流れるようにし、再生処理の間この状態を保持し、再生処理が終了すると、排気ガスの空燃比をリーンにすると同時に排気経路切替弁を制御して排気ガスをＮＯx触媒に流れるように、排気ガスの経路を切り替えていた。
【００１１】
しかしながら、上述のようなタイミングで排気経路切替弁を切替制御すると、再生処理が終了し排気ガスの空燃比をリーンにしたにもかかわらず、再生処理終了直後にＳＯx吸収剤からＳＯxが放出され、放出されたＳＯxがＮＯx触媒に吸収されて、ＮＯx触媒がＳＯx被毒するという問題があった。
【００１２】
この原因は次のように推察される。再生処理中はＳＯx吸収剤にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスが流れるが、その時にＳＯx吸収剤はＳＯxを放出するだけでなく、排気ガス中のＨＣを吸着する。したがって、再生処理終了時点ではＳＯx吸収剤に多量のＨＣが吸着された状態になっている。一方、再生処理終了時点といえども、ＳＯx吸収剤に吸収されていたＳＯxが総て放出されるわけではなく、ＳＯx吸収剤には吸収されたＳＯxが残っている。
【００１３】
このような状態の再生処理終了時にＳＯx吸収剤へリーン空燃比の排気ガスを流すと、排気ガスに含まれている多量の酸素がＳＯx吸収剤に吸着されているＨＣを酸化するために大量に消費され、その結果、ＳＯx吸収剤の内部では排気ガスの空燃比がストイキ雰囲気になり、しかも再生処理終了直後はまだＳＯx吸収剤が高温であることもあって、ＳＯx吸収剤に残っているＳＯxが脱離し、ＳＯx吸収剤から放出される。このＳＯx吸収剤からのＳＯxの脱離は、ＳＯx吸収剤に吸着されているＨＣの吸着量が減少してＨＣを酸化するための酸素消費量が減少し、ＳＯx吸収剤の内部の空燃比がリーンになるまで続く。
【００１４】
そして、再生処理終了時には、排気ガスの空燃比をリーンにすると同時に排気ガスをＮＯx触媒に流れるように排気経路切替弁を制御しているので、ＳＯx吸収剤から放出されたＳＯxが排気ガスとともにＮＯx触媒に流れ、ＮＯx触媒を被毒するものと思われる。
【００１５】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、ＳＯx吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチからリーンに切り替わった直後にＳＯx吸収剤から放出されるＳＯxをＮＯx吸収剤に流入させないようにすることにより、ＮＯx吸収剤のＳＯx被毒をより確実に防止することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
（１） 本出願の第１の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤と、（ロ）前記ＳＯx吸収剤よりも下流の前記排気通路に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤と、（ハ）前記ＳＯx吸収剤の下流で分岐し前記ＮＯx吸収剤を迂回して排気ガスを流すバイパス通路と、（ニ）前記ＳＯx吸収剤から流出した排気ガスを前記ＮＯx吸収剤と前記バイパス通路のいずれに導くか選択的に切り替える排気経路切替手段と、（ホ）排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにして前記ＳＯx吸収剤に吸収されたＳＯxを放出するＳＯx放出処理時にはＳＯx吸収剤から流出する排気ガスが前記バイパス通路に導かれるように前記排気経路切替手段を制御し、前記ＳＯx放出処理の終了により排気ガスの空燃比をリーンに切り替えてから所定時間経過後にＳＯx吸収剤から流出する排気ガスが前記ＮＯx吸収剤に導かれるように前記排気経路切替手段を制御する排気経路切替制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
前記第１の発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、ＳＯx放出処理時にはストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスがＳＯx吸収剤に流れ、これによってＳＯx吸収剤に吸収されていたＳＯxが脱離し放出される。放出されたＳＯxはバイパス通路に流れるので、ＮＯx吸収剤には流れ込まない。したがって、ＳＯx放出処理中はＮＯx吸収剤がＳＯx被毒することはない。なお、ＳＯx吸収剤から放出されたＳＯxは排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯによって還元せしめられ、ＳＯ2となって排出される。
【００１８】
そして、ＳＯx放出処理の終了により排気ガスの空燃比はリーンに切り替わるが、リーン空燃比に切り替わっても所定時間経過するまでは排気ガスはバイパス通路に導かれ、ＮＯx吸収剤には流れ込まない。したがって、ＳＯx放出処理終了後、排気ガスのリーン空燃比切り替え直後にＳＯx吸収剤から放出されるＳＯxもバイパス通路を流れ、ＮＯx吸収剤には流れ込まない。したがって、この間においてもＮＯx吸収剤がＳＯx被毒することはない。
【００１９】
そして、リーン空燃比への切り替え直後にＳＯx吸収剤から放出されていたＳＯxも、リーン空燃比への切り替えから前記所定時間が経過するまでには、ＳＯx吸収剤から放出されなくなる。したがって、前記所定時間経過後に排気ガスがＮＯx吸収剤に流れるようになった時には、ＳＯx吸収剤からＳＯxが放出されていないので、ＮＯx吸収剤がＳＯx被毒することはない。
【００２０】
（２） 本出願の第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤と、（ロ）前記ＳＯx吸収剤よりも下流の前記排気通路に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤と、（ハ）前記ＳＯx吸収剤の下流で分岐し前記ＮＯx吸収剤を迂回して排気ガスを流すバイパス通路と、（ニ）前記ＳＯx吸収剤から流出した排気ガスを前記ＮＯx吸収剤と前記バイパス通路のいずれに導くか選択的に切り替える排気経路切替手段と、（ホ）前記ＳＯx吸収剤と前記ＮＯx吸収剤の間に設けられた酸素濃度検出手段と、（ヘ）排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにして前記ＳＯx吸収剤に吸収されたＳＯxを放出するＳＯx放出処理時にＳＯx吸収剤から流出する排気ガスが前記バイパス通路に導かれるように前記排気経路切替手段を制御し、前記ＳＯx放出処理終了後に前記酸素濃度検出手段で検出された酸素濃度に基づきＳＯx吸収剤の下流における排気ガスの空燃比がリーンであると判定されるとＳＯx吸収剤から流出する排気ガスが前記ＮＯx吸収剤に導かれるように前記排気経路切替手段を制御する排気経路切替制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
前記第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、ＳＯx放出処理時にはストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスがＳＯx吸収剤に流れ、これによってＳＯx吸収剤に吸収されていたＳＯxが脱離し放出される。放出されたＳＯxはバイパス通路に流れるので、ＮＯx吸収剤には流れ込まない。したがって、ＳＯx放出処理中はＮＯx吸収剤がＳＯx被毒することはない。なお、ＳＯx吸収剤から放出されたＳＯxは排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯによって還元せしめられ、ＳＯ2となって排出される。
【００２２】
そして、ＳＯx放出処理の終了により排気ガスの空燃比はリーンに切り替わるが、リーン空燃比に切り替わっても、前記酸素濃度検出手段で検出された酸素濃度に基づいてＳＯx吸収剤下流の排気ガスの空燃比がリーンであると判定されるまでは、排気ガスはバイパス通路に導かれ、ＮＯx吸収剤には流れ込まない。したがって、ＳＯx放出処理終了後、リーン空燃比への切り替え直後にＳＯx吸収剤から放出されるＳＯxもバイパス通路を流れ、ＮＯx吸収剤には流れ込まない。したがって、この間においてもＮＯx吸収剤がＳＯx被毒することはない。
【００２３】
一方、ＳＯx吸収剤下流の排気ガスの空燃比がリーンになっていれば、その時にはＳＯx吸収剤からＳＯxが放出されていないはずである。したがって、ＳＯx吸収剤下流の排気ガスの空燃比がリーンであると判定されて排気ガスがＮＯx吸収剤に流れるようになった時には、ＳＯx吸収剤からＳＯxが放出されていないので、ＮＯx吸収剤がＳＯx被毒することはない。
【００２４】
前記第１の発明あるいは第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、希薄燃焼可能な内燃機関としては、筒内直接噴射式のリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示することができる。リーンバーンガソリンエンジンの場合には、排気ガスの空燃比制御は燃焼室に供給される混合気の空燃比制御により実現可能である。ディーゼルエンジンの場合の排気ガスの空燃比制御は、吸気行程または膨張行程または排気行程で燃料を噴射する所謂副噴射を行うか、あるいは、ＳＯx吸収剤よりも上流の排気通路内に還元剤を供給することにより実現可能である。
ここで、排気ガスの空燃比とは、機関吸気通路及び上流側ＮＯx吸収剤よりも上流での排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比をいう。
【００２５】
前記第１の発明あるいは第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx吸収剤としては吸蔵還元型ＮＯx触媒を例示することができる。吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出し、Ｎ2に還元する触媒である。この吸蔵還元型ＮＯx触媒は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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と、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されてなるものを例示することができる。
【００２６】
前記第１の発明あるいは第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、ＳＯx吸収剤としては、三元触媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒や選択還元型ＮＯx触媒等を例示することができる。ここで、選択還元型ＮＯx触媒とは、酸素過剰の雰囲気で炭化水素の存在下でＮＯxを還元または分解する触媒をいい、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持した触媒、ゼオライトまたはアルミナに貴金属を担持した触媒、等が含まれる。
【００２７】
前記第１の発明あるいは第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記排気経路切替手段は、バイパス通路の分岐部に設けた単一の切替弁で構成することもできるし、あるいは、分岐部よりも下流のＮＯx吸収剤に近い位置にある排気通路に第１の開閉弁を設けバイパス通路に第２の開閉弁を設けて一方の開閉弁が開くと他方の開閉弁が閉じるように制御して構成することもできる。
【００２８】
前記第１の発明あるいは第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、「ＳＯx放出処理」とは、ＳＯx吸収剤に吸収されているＳＯxを積極的に放出させるために排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチに制御する場合は勿論であるが、内燃機関の運転状態からの要求により気筒内での燃焼のために燃焼用ガスの空燃比をストイキまたはリッチに制御する結果、排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチになってＳＯx吸収剤からＳＯxが放出される場合も含むものである。ここで、「内燃機関の運転状態からの要求」とは、例えば、内燃機関の高負荷運転時、全負荷運転時、始動時の暖機運転時、さらに車両駆動用の内燃機関の場合の加速時、高速の定速運転時などが考えられる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を図１から図８の図面に基いて説明する。
【００３０】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明を希薄燃焼可能な車両用ガソリンエンジンに適用した場合の概略構成を示す図である。この図において、符号１は機関本体、符号２はピストン、符号３は燃焼室、符号４は点火栓、符号５は吸気弁、符号６は吸気ポート、符号７は排気弁、符号８は排気ポートを夫々示す。
【００３１】
吸気ポート６は対応する枝管９を介してサージタンク１０に連結され、各枝管９には夫々吸気ポート６内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１１が取り付けられている。サージタンク１０は吸気ダクト１２およびエアフロメータ１３を介してエアクリーナ１４に連結され、吸気ダクト１２内にはスロットル弁１５が配置されている。
【００３２】
一方、排気ポート８は排気マニホルド１６を介してＳＯx吸収剤１７を内蔵したケーシング１８に連結され、ケーシング１８の出口部は排気管１９を介して吸蔵還元型ＮＯx触媒（ＮＯx吸収剤）２０を内蔵したケーシング２１に連結され、ケーシング２１は排気管２２を介して図示しないマフラーに接続されている。尚、以下の説明では、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０をＮＯx触媒２０と称す。ＳＯx吸収剤１７およびＮＯx触媒２０については後で詳述する。
【００３３】
ケーシング２１の入口部２１ａと排気管２２は、ＮＯx触媒２０を迂回するバイパス管（バイパス通路）２６によって連結されており、バイパス管２６の分岐部であるケーシング２１の入口部２１ａには、アクチュエータ２７によって弁体が作動される排気切替弁（排気経路切替手段）２８が設けられている。この排気切替弁２８（以下、切替弁２８と略す）はアクチュエータ２７によって、図１の実線で示されるようにバイパス管２６の入口部を閉鎖し且つＮＯx触媒２０への入口部を全開にするバイパス閉位置と、図１の破線で示されるようにＮＯx触媒２０への入口部を閉鎖し且つバイパス管２６の入口部を全開にするバイパス開位置のいずれか一方の位置を選択して作動せしめられる。
【００３４】
エンジンコントロール用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向バス３１によって相互に接続された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（セントラルプロセッサユニット）３４、入力ポート３５、出力ポート３６を具備する。エアフロメータ１３は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧がＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００３５】
一方、ＳＯx吸収剤１７の下流の排気管１９には、ＳＯx吸収剤１７を出た排気ガスの温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ２３が取り付けられており、温度センサ２３の出力電圧がＡＤ変換器３８を介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート３５には機関回転数を表す出力パルスを発生する回転数センサ４１が接続されている。出力ポート３６は対応する駆動回路３９を介して夫々点火栓４および燃料噴射弁１１、アクチュエータ２７に接続されている。
【００３６】
このガソリンエンジンでは、例えば次式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
ＴＡＵ＝ＴＰ・Ｋ
ここで、ＴＰは基本燃料噴射時間を示しており、Ｋは補正係数を示している。基本燃料噴射時間ＴＰは機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比とするのに必要な燃料噴射時間を示している。この基本燃料噴射時間ＴＰは予め実験により求められ、機関負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）および機関回転数Ｎの関数として図２に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。補正係数Ｋは機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を制御するための係数であって、Ｋ＝１．０であれば機関シリンダ内に供給される混合気は理論空燃比となる。これに対してＫ＜１．０になれば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比よりも大きくなり、即ちリーンとなり、Ｋ＞１．０になれば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比よりも小さくなり、即ちリッチとなる。
【００３７】
そして、この実施の形態のガソリンエンジンでは、機関低中負荷運転領域では補正係数Ｋの値が１．０よりも小さい値とされてリーン空燃比制御が行われ、機関高負荷運転領域、エンジン始動時の暖機運転時、加速時、及び１２０ｋｍ／ｈ以上の定速運転時には補正係数Ｋの値が１．０とされてストイキ制御が行われ、機関全負荷運転領域では補正係数Ｋの値は１．０よりも大きな値とされてリッチ空燃比制御が行われるように設定してある。
【００３８】
内燃機関では通常、低中負荷運転される頻度が最も高く、したがって運転期間中の大部分において補正係数Ｋの値が１．０よりも小さくされて、リーン混合気が燃焼せしめられることになる。
【００３９】
図３は燃焼室３から排出される排気ガス中の代表的な成分の濃度を概略的に示している。この図からわかるように、燃焼室３から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯの濃度は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリッチになるほど増大し、燃焼室３から排出される排気ガス中の酸素Ｏ2の濃度は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。
【００４０】
ケーシング２１内に収容されているＮＯx触媒２０は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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と、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されてなる。
【００４１】
このＮＯx触媒２０を機関の排気通路に配置すると、ＮＯx触媒２０は、流入排気ガスの空燃比（以下、排気空燃比という）がリーンのときにはＮＯxを吸収し、流入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。ここで、排気空燃比とは、機関吸気通路およびＮＯx触媒２０より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。
【００４２】
なお、ＮＯx触媒２０より上流の排気通路内に燃料（炭化水素）あるいは空気が供給されない場合には、排気空燃比は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比に一致し、したがってこの場合には、ＮＯx触媒２０は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリーンのときにはＮＯxを吸収し、燃焼室３内に供給される混合気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出することになる。
【００４３】
ＮＯx触媒２０によるＮＯxの吸放出作用の詳細なメカニズムについては明かでない部分もある。しかしながら、この吸放出作用は図４に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次に、このメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合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，希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００４４】
即ち、流入排気ガスの空燃比がかなりリーンになると流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、図４（Ａ）に示されるように酸素Ｏ2 がＯ2 -又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガスに含まれるＮＯは、白金Ｐｔの表面上でＯ2 -又はＯ2-と反応し、ＮＯ2 となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ）。
【００４５】
次いで、生成されたＮＯ2の一部は、白金Ｐｔ上で酸化されつつＮＯx触媒２０内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図４（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3 -の形でＮＯx触媒２０内に拡散する。このようにしてＮＯxがＮＯx触媒２０内に吸収される。
【００４６】
流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ2が生成され、ＮＯx触媒２０のＮＯx 吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ2がＮＯx触媒２０内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3 -が生成される。
【００４７】
これに対して、流入排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ2の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ3 -→ＮＯ2）に進み、ＮＯx触媒２０内の硝酸イオンＮＯ3 -がＮＯ2またはＮＯの形でＮＯx触媒２０から放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると、ＮＯx触媒２０からＮＯxが放出されることになる。図３に示されるように、流入排気ガスのリーンの度合いが低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって流入排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯx触媒２０からＮＯxが放出されることとなる。
【００４８】
一方、このとき、燃焼室３内に供給される混合気がストイキまたはリッチになると、図３に示されるように機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、これら未燃ＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 -又はＯ2-と反応して酸化せしめられる。
【００４９】
また、排気空燃比がストイキまたはリッチになると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯx触媒２０からＮＯ2またはＮＯが放出され、このＮＯ2またはＮＯは、図４（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元せしめられてＮ2となる。
【００５０】
即ち、流入排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、まず白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 -又はＯ2-とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 -又はＯ2-が消費されてもまだＨＣ，ＣＯが残っていれば、このＨＣ，ＣＯによってＮＯx触媒２０から放出されたＮＯxおよびエンジンから排出されたＮＯxがＮ2に還元せしめられる。
【００５１】
このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ2またはＮＯが存在しなくなると、ＮＯx触媒２０から次から次へとＮＯ2またはＮＯが放出され、さらにＮ2に還元せしめられる。したがって、排気空燃比をストイキまたはリッチにすると短時間の内にＮＯx触媒２０からＮＯxが放出されることになる。
【００５２】
このように、排気空燃比がリーンになるとＮＯxがＮＯx触媒２０に吸収され、排気空燃比をストイキあるいはリッチにするとＮＯxがＮＯx触媒２０から短時間のうちに放出され、Ｎ2に還元される。したがって、大気中へのＮＯxの排出を阻止することができる。
【００５３】
ところで、全負荷運転時には燃焼室３内に供給される混合気をリッチとし、また高負荷運転時、エンジン始動時の暖機運転時、加速時、及び１２０ｋｍ／ｈ以上の定速運転時には混合気を理論空燃比（ストイキ）とし、低中負荷運転時には混合気をリーンとした場合には、低中負荷運転時に排気ガス中のＮＯxがＮＯx触媒２０に吸収され、全負荷運転時及び高負荷運転時にＮＯx触媒２０からＮＯxが放出され還元されることになる。しかしながら、全負荷運転あるいは高負荷運転の頻度が少なく、低中負荷運転の頻度が多くその運転時間が長ければ、ＮＯxの放出・還元が間に合わなくなり、ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力（ＮＯx吸収容量）が飽和してＮＯxを吸収できなくなってしまう。
【００５４】
そこで、このような場合には、リーン混合気の燃焼が行われているとき、即ち中低負荷運転を行っているときには、比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にストイキまたはリッチ混合気の燃焼が行われるように混合気の空燃比を制御し、短周期的にＮＯxの放出・還元を行う手法を採用することがある。
このようにＮＯxの吸放出のために、排気空燃比（この実施の形態では混合気の空燃比）が比較的に短い周期で「リーン」と「スパイク的なストイキまたはリッチ（以下、これをリッチスパイクという）」を交互に繰り返されるように制御することを、リーン・リッチスパイク制御と称しており、この実施の形態においてもリーン・リッチスパイク制御を採用している。尚、この出願においては、リーン・リッチスパイク制御はリーン空燃比制御に含まれるものとする。
【００５５】
一方、燃料には硫黄（Ｓ）が含まれており、燃料中の硫黄が燃焼するとＳＯ2やＳＯ3などの硫黄酸化物（ＳＯx）が発生し、ＮＯx触媒２０は排気ガス中のこれらＳＯxも吸収する。ＮＯx触媒２０のＳＯx吸収メカニズムはＮＯx吸収メカニズムと同じであると考えられる。即ち、ＮＯxの吸収メカニズムを説明したときと同様に担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを坦持させた場合を例にとって説明すると、前述したように、排気空燃比がリーンのときには、酸素Ｏ2がＯ2 -又はＯ2-の形でＮＯx触媒２０の白金Ｐｔの表面に付着しており、流入排気ガス中のＳＯx（例えばＳＯ2）は白金Ｐｔの表面上で酸化されてＳＯ3となる。
【００５６】
その後、生成されたＳＯ3は、白金Ｐｔの表面で更に酸化されながらＮＯx触媒２０内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合し、硫酸イオンＳＯ4 2-の形でＮＯx触媒２０内に拡散し硫酸塩ＢａＳＯ4を生成する。この硫酸塩ＢａＳＯ4は安定していて分解しずらく、前述したリーン・リッチスパイク制御により流入排気ガスの空燃比を短時間だけストイキまたはリッチにしても分解されずにＮＯx触媒２０内に残ってしまう。したがって、時間経過に伴いＮＯx触媒２０内のＢａＳＯ4の生成量が増大するとＮＯx触媒２０の吸収に関与できるＢａＯの量が減少してＮＯxの吸収能力が低下してしまう。これが即ちＳＯx被毒である。
【００５７】
そこで、この実施の形態ではＮＯx吸収剤２０にＳＯxが流入しないように、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤１７を、ＮＯx吸収剤２０よりも上流に配置しているのである。このＳＯx吸収剤１７は、ＳＯx吸収剤１７に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＳＯxと共にＮＯxも吸収するが、流入する排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにし酸素濃度が低くなると吸収したＳＯxばかりでなくＮＯxも放出する。
【００５８】
前述したように、ＮＯx触媒２０ではＳＯxが吸収されると安定した硫酸塩ＢａＳＯ4が生成され、その結果、ＮＯx触媒２０に流入する排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにしてもＳＯxがＮＯx触媒２０から放出されなくなる。したがって、ＳＯx吸収剤１７に流入する排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにしたときにＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出されるようにするためには、吸収したＳＯxが硫酸イオンＳＯ4 2-の形でＳＯx吸収剤１７内に存在するようにするか、あるいは、硫酸塩ＢａＳＯ4が生成されたとしても硫酸塩ＢａＳＯ4が安定しない状態でＳＯx吸収剤１７に存在するようにすることが必要となる。これを可能とするＳＯx吸収剤１７としては、アルミナからなる担体上に銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、マンガンＭｎ、ニッケルＮｉのような遷移金属、ナトリウムＮａ、チタンＴｉおよびリチウムＬｉから選ばれた少なくとも一つを坦持したＳＯx吸収剤１７を用いることができる。
【００５９】
このＳＯx吸収剤１７では、ＳＯx吸収剤１７に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＳＯ2がＳＯx吸収剤１７の表面で酸化されつつ硫酸イオンＳＯ4 2-の形でＳＯx吸収剤１７内に吸収され、次いでＳＯx吸収剤１７内に拡散される。この場合、ＳＯx吸収剤１７の担体上に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈのうちのいずれかを坦持させておくとＳＯ2がＳＯ3 2-の形で白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ上に吸着し易くなり、かくしてＳＯ2は硫酸イオンＳＯ4 2-の形でＳＯx吸収剤１７内に吸収され易くなる。したがって、ＳＯ2の吸収を促進するためにはＳＯx吸収剤１７の担体上に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈのいずれかを坦持させることが好ましい。
【００６０】
このＳＯx吸収剤１７をＮＯx触媒２０の上流に配置すると、ＳＯx吸収剤１７に流入する排気ガスの空燃比がリーンになると排気ガス中のＳＯxがＳＯx吸収剤１７に吸収され、したがって、下流のＮＯx触媒２０にはＳＯxが流れ込まなくなり、ＮＯx触媒２０では排気ガス中のＮＯxのみが吸収されることになる。
【００６１】
一方、前述したようにＳＯx吸収剤１７に吸収されたＳＯxは硫酸イオンＳＯ4 2-の形でＳＯx吸収剤１７に拡散しているか、あるいは不安定な状態で硫酸塩ＢａＳＯ4となっている。したがって、ＳＯx吸収剤１７に流入する排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチになって酸素濃度が低下するとＳＯx吸収剤１７に吸収されているＳＯxがＳＯx吸収剤１７から容易に放出されることになる。
【００６２】
ところで、本出願人の研究により、ＳＯx吸収剤１７の吸放出作用に関して次のことがわかった。ＳＯx吸収剤１７に吸収されているＳＯx量が少ないときには、ＳＯx吸収剤１７のＳＯx吸着力が強いため、ＳＯx吸収剤１７にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスを短時間（例えば５秒以下）流したのではＳＯx吸収剤１７からＳＯxは放出されない。これについては、本出願人は、ＳＯx吸収剤１７に吸収されているＳＯx量が少ないときに、ＮＯx触媒２０からＮＯxを放出させるために行うリーン・リッチスパイク制御のときのストイキまたはリッチ空燃比の継続時間ではＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出されないことを確認している。ただし、ＳＯx吸収剤１７に吸収されているＳＯx量が少ないときであっても、ＳＯx吸収剤１７にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスを長時間流した場合には、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出される。
【００６３】
しかしながら、ＳＯx吸収剤１７に吸収されているＳＯx量が増えたときには、ＳＯx吸収剤１７のＳＯx吸着力が弱くなるため、ＳＯx吸収剤１７にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスを短時間流した場合にもＳＯx吸収剤１７からＳＯxが漏れ出て、下流のＮＯx触媒２０を被毒する虞れがある。
【００６４】
そこで、この実施の形態では、エンジンの運転状態の履歴からＳＯx吸収剤１７に吸収されたＳＯx量を推定し、その推定ＳＯx吸収量が所定量に達した時をＳＯx吸収剤１７からＳＯxを放出させるべき時期と判断して、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxを積極的に放出させる処理（以下、この処理を再生処理という）を実行する。ＳＯx吸収剤１７の再生処理を実行するに際し、ＥＣＵ３０は、機関回転数Ｎと機関負荷Ｑ／Ｎからその時の機関運転状態を判断し、また、温度センサ２９で検出したその時の排気ガス温度をＳＯx吸収剤１７の温度として代用し、機関運転状態とＳＯx吸収剤１７の温度に基づき燃費悪化が少なく最も効率的にＳＯxを放出できるストイキまたはリッチ条件を選定し、選定した空燃比でエンジンを運転して排出される排気ガスを長時間ＳＯx吸収剤１７に流すことにより実行する。
【００６５】
また、ＳＯx吸収剤１７の温度を所定温度（例えば、５５０゜Ｃ）以上の高温にすると、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出され易いことが、換言すればＳＯxの放出を促進できることがわかっている。そこで、この実施の形態では、ＥＣＵ３０は、ＳＯx吸収剤１７の再生処理実行中、適宜の手段によって排気ガス温度の温度制御を行い、ＳＯx吸収剤１７の温度を前記所定温度（以下、これをＳＯx放出温度という）以上に制御する。
【００６６】
ＳＯx吸収剤１７を再生すると、ＳＯx吸収剤１７から流出した排気ガス（以下、再生処理時にＳＯx吸収剤１７から排出される排気ガスを再生排気と称し、非再生処理時にＳＯx吸収剤１７から排出される排気ガスと区別する場合もある）にはＳＯx吸収剤１７から放出された多量のＳＯxが含まれることとなるため、この再生排気がＮＯx触媒２０に流入すると再生排気中のＳＯxがＮＯx触媒２０に吸収され、ＮＯx触媒２０がＳＯx被毒してしまい、ＳＯx吸収剤１７を設けた意味がなくなってしまう。そこで、この実施の形態では、ＳＯx吸収剤１７の再生処理時にＳＯx吸収剤１７から放出されたＳＯxがＮＯx触媒２０に吸収されるのを阻止するために、ＳＯx吸収剤１７の再生処理時にはＳＯx吸収剤１７から流出した再生排気をバイパス管２６内に導くようにしている。
【００６７】
また、この実施の形態では、エンジンの高負荷運転時、エンジン始動時の暖機運転時、加速時、及び１２０ｋｍ／ｈ以上の定速運転時には空燃比がストイキ制御され、全負荷運転時には空燃比がリッチ制御とされるようになっている。したがって、これら運転状態のときには排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチになって、ストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスがＳＯx吸収剤１７に流入することとなる。
【００６８】
前述したように、ストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスがＳＯx吸収剤１７に流入しても瞬時であればＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出されることはないので何ら問題は生じないが、ある程度継続して流入した場合にはＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出される虞れがあり、この排気ガスが下流のＮＯx触媒２０に流入するとＮＯx触媒２０がＳＯx被毒する虞れがある。特に、排気ガス温度が前記ＳＯx放出温度以上になるとＳＯx吸収剤１７からのＳＯxの放出が促進されるため、ＮＯx触媒２０のＳＯx被毒の虞れが大きくなる。
【００６９】
例えば、エンジン始動時の暖機運転は機関本体１が暖機されるまで継続されるので長時間に亘る場合があり、加速時もある程度の時間継続して行われる場合もあり、１２０ｋｍ／ｈ以上の定速運転も高速道路における走行で長時間継続される場合があり、これらの場合に、前記ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出される虞れがある。
【００７０】
そこで、この実施の形態では、高負荷運転時、エンジン始動時の暖機運転時、加速時、及び１２０ｋｍ／ｈ以上の定速運転時、全負荷運転時など、エンジンの運転状態からの要求により空燃比をストイキまたはリッチ制御（以下、これをエンジン運転状態によるストイキまたはリッチ空燃比制御と称す）した結果、排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチになったときには、ＳＯx吸収剤１７から流出した排気ガスをバイパス管２６内に導き、ＮＯx触媒２０に流入するのを阻止している。
【００７１】
つまり、この実施の形態では、ＳＯx吸収剤１７の再生処理を実行しているか否かにかかわらず、空燃比をストイキ制御またはリッチ制御しているときには、ＳＯx吸収剤１７から流出した排気ガスをバイパス管２６内に導き、ＮＯx触媒２０に流入するのを阻止している。
【００７２】
以下、ＳＯx吸収剤１７の再生処理の実行によりＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出される場合と、前述の如くエンジン運転状態からの要求でストイキまたはリッチ空燃比制御する結果ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出される場合を総称して、ＳＯx吸収剤１７のＳＯx放出処理と称す。
【００７３】
次に、排気ガスの経路の切り替えについて詳述する。排気ガス中のＮＯxをＮＯx触媒２０で吸放出し還元浄化するために空燃比のリーン・リッチスパイク制御を実行しているときには、切替弁２８が図１において実線で示すようにバイパス閉位置に保持される。したがって、このときにはＳＯx吸収剤１７から流出した排気ガスはＮＯx触媒２０に流入し、バイパス管２６には流れない。そして、排気ガス中のＳＯxはＳＯx吸収剤１７に吸収され、ＮＯx触媒２０にはＳＯxが流れ込まなくなり、ＮＯx触媒２０のＳＯx被毒が防止される。そして、排気ガス中のＮＯxがＮＯx触媒２０で吸放出され、還元浄化される。
【００７４】
次いで、上記状態からＳＯx放出処理に移行する時には、空燃比の制御がリーン・リッチスパイク制御からストイキまたはリッチ制御に切り替えられると同時に、切替弁２８がバイパス閉位置から図１において破線で示すバイパス開位置に切り替えられ、その状態に保持される。
【００７５】
ＳＯx放出処理時に空燃比がストイキまたはリッチに制御されると、排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチになる。この排気ガスがＳＯx吸収剤１７に流入するとＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出される。この時、切替弁２８がバイパス開位置になっているので、ＳＯx吸収剤１７から流出したＳＯxを多量に含む排気ガスはＮＯx触媒２０内には流入せず、バイパス管２６を流れる。したがって、ＮＯx触媒２０がＳＯx吸収剤１７から放出されたＳＯxによって被毒するのを阻止することができる。尚、排気ガス中のＳＯxは排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯによって還元せしめられ、ＳＯ2となって放出される。
【００７６】
次に、ＳＯx放出処理の終了によりストイキまたはリッチ空燃比制御からリーン・リッチスパイク制御に切り替わる時には、空燃比制御の切り替えから所定のディレイ時間が経過した後に切替弁２８をバイパス開位置からバイパス閉位置に切り替える。このように空燃比制御の切り替えから切替弁２８による排気ガスの経路の切り替えまでにディレイ時間を設ける理由は次の通りである。
【００７７】
ＳＯx放出処理中はＳＯx吸収剤１７にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスが流れるが、その時にＳＯx吸収剤１７はＳＯxを放出するだけでなく、排気ガス中のＨＣを吸着する。したがって、ＳＯx放出処理終了時点ではＳＯx吸収剤１７に多量のＨＣが吸着された状態になっている。一方、ＳＯx放出処理終了時点といえども、ＳＯx吸収剤１７に吸収されていたＳＯxが総て放出されるわけではなく、ＳＯx吸収剤１７にはＳＯxが残存している。これについては、ＳＯx吸収剤１７の再生処理直後も例外ではない。
【００７８】
このような状態のＳＯx放出処理終了時にＳＯx吸収剤１７へリーン空燃比の排気ガスが流れると、排気ガスに含まれている酸素がＳＯx吸収剤１７に吸着されているＨＣを酸化するために大量に消費され、その結果、リーン空燃比の排気ガスをＳＯx吸収剤１７に流入させてもＳＯx吸収剤１７の内部においてはストイキ雰囲気になり、しかもＳＯx放出処理終了直後はまだＳＯx吸収剤１７が高温でありＳＯxを脱離させ易い雰囲気にあることもあって、ＳＯx吸収剤１７に残存しているＳＯxが脱離し、ＳＯx吸収剤１７から放出される。このＳＯx吸収剤１７からのＳＯxの脱離は、ＳＯx吸収剤１７に吸着されているＨＣの吸着量が減少してＨＣを酸化するための酸素消費量が減少し、ＳＯx吸収剤１７の内部の空燃比がリーンになるまで続く。
【００７９】
したがって、ストイキまたはリッチ空燃比制御からリーン・リッチスパイク制御に切り替わると同時に切替弁２８をバイパス開位置からバイパス閉位置に切り替えて排気ガスをＮＯx触媒２０に流れるようにすると、ＳＯx放出処理終了直後にＳＯx吸収剤１７から放出されるＳＯxがＮＯx触媒２０に流入し、ＮＯx触媒２０をＳＯx被毒させてしまう虞れがある。
【００８０】
そこで、この実施の形態では、ＳＯx放出処理が終了しリーン空燃比の排気ガスがＳＯx吸収剤１７に流れるようになっても、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出されなくなるまでの所定時間が経過するまでは、切替弁２８をバイパス開位置に保持して排気ガスをバイパス管２６に流し、ＮＯx触媒２０に流入させないようにした。
【００８１】
これによって、例えＳＯx放出処理終了後にＳＯx吸収剤１７からＳＯxが脱離したとしても、脱離したＳＯxがＮＯx触媒２０に流入することがなくなり、ＮＯx触媒２０がＳＯx被毒するのを防止することができる。
【００８２】
尚、空燃比制御の切り替えから切替弁２８による排気ガスの経路切り替えまでのディレイ時間をどのくらいの長さに設定するかは、ストイキまたはリッチ空燃比制御からリーン・リッチスパイク制御に切り替える時点におけるエンジンの運転状態に基づきＲＯＭ３２に格納されているディレイ時間マップを参照して選定する。
【００８３】
ここで、ディレイ時間マップは、予めこのエンジンに対して実験を行い、排気ガス温度、車速、エンジン回転数などエンジンの運転状態と、空燃比制御切り替え直後からＳＯx吸収剤１７のＳＯx脱離が終了するまでの時間との関係を求め、この実験結果に基づいてエンジンの運転状態に応じた最適なディレイ時間を設定し、マップ化して作成する。ちなみに、ディレイ時間と排気ガス温度等との関係は、排気ガス温度が高くなるほどディレイ時間は短くて済み、車速が大きくなるほどディレイ時間は短くて済み、エンジン回転数が大きくなるほどディレイ時間は短くて済む傾向にある。
【００８４】
そして、前記ディレイ時間が経過した後、切替弁２８をバイパス開位置からバイパス閉位置に切り替えて、ＳＯx吸収剤１７から流出した排気ガスをＮＯx触媒２０に流し、バイパス管２６に流れないようにする。ディレイ時間経過後はリーン空燃比の排気ガスがＳＯx触媒１７に流入してもＳＯx吸収剤１７からのＳＯx脱離がなく、排気ガス中のＳＯxはＳＯx吸収剤１７に吸収されるので、ＮＯx触媒２０にはＳＯxが流れ込まなくなり、ＮＯx触媒２０のＳＯx被毒が防止される。そして、排気ガス中のＮＯxがＮＯx触媒２０で吸放出され、還元浄化される。
【００８５】
図５は、この実施の形態における空燃比制御の一実施例を示したものである。この実施例では、リーン・リッチスパイク制御においては、例えば６０ｋｍ／ｈでの定速走行でリーン運転継続時間を４０秒、ストイキ運転継続時間を２秒程度としてこれを交互に繰り返す。一方、ＳＯx吸収剤１７の再生処理時は空燃比をストイキ制御とし、その継続時間はリーン・リッチスパイク制御の時のストイキ運転継続時間よりも十分に長い時間、例えば約１時間とした。
【００８６】
次に、図６を参照して、この実施の形態における排気経路切替処理実行ルーチンを説明する。このルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶してあり、フローチャートの各ステップにおける処理は総てＥＣＵ３０のＣＰＵ３４によって実行される。
【００８７】
＜ステップ１０１＞
まず、ＥＣＵ３０は、ステップ１０１において、現在の空燃比制御がストイキ制御またはリッチ制御か否かを判定する。ＳＯx吸収剤１７の再生処理時、エンジンの高負荷運転時、エンジン始動時の暖機運転時、加速時、及び１２０ｋｍ／ｈ以上の定速運転時には空燃比がストイキ制御、全負荷運転時には空燃比がリッチ制御されるので、これらの場合には、ＥＣＵ３０はステップ１０１において肯定判定してステップ１０２に進む。一方、エンジンの低中負荷運転時には空燃比がリーン・リッチスパイク制御されるので、この場合にはＥＣＵ３０はステップ１０１において否定判定してステップ１０１を繰り返す。
【００８８】
＜ステップ１０２＞
ＥＣＵ３０は、ステップ１０１で肯定判定してステップ１０２に進むと、ＳＯx吸収剤１７の温度がＳＯx放出温度以上か否かを判定する。尚、この実施の形態では、温度センサ２３で検出されるＳＯx吸収剤１７出口の排気ガス温度をＳＯx吸収剤１７の温度として代用する。
【００８９】
＜ステップ１０３＞
ステップ１０２で肯定判定した場合にはＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出され易いので、ＥＣＵ３０は、ステップ１０３に進んで、切替弁２８を図１において破線で示すバイパス開位置に保持し、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスをバイパス管２６内に導き、ＮＯx触媒２０に流入しないようにする。これにより、ＳＯx吸収剤１７から流出した排気ガスはバイパス管２６を通って大気に放出される。したがって、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出されたとしても、そのＳＯxがＮＯx触媒２０に吸収されることはなく、ＮＯx触媒２０がＳＯx被毒するのを阻止することができる。
【００９０】
尚、ＳＯx吸収剤１７から放出されたＳＯxは排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯによって還元せしめられ、ＳＯ2となって放出される。また、空燃比をストイキまたはリッチ制御しているときには機関本体１から未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯxが排出されるが、ＳＯx吸収剤１７は三元触媒機能を有しているので、未燃ＨＣ，ＣＯ，ＮＯxはＳＯx吸収剤１７によって浄化せしめられ、大気中に放出される虞れはない。
【００９１】
一方、ステップ１０２で否定判定した場合にはＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出されにくいので、ＥＣＵ３０はステップ１０１に戻る。
【００９２】
＜ステップ１０４＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０３からステップ１０４に進んで、現在の空燃比制御がリーン制御か否か（正確に言えば、リーン・リッチスパイク制御か否か）を判定する。ステップ１０４で否定判定した場合は、現在もストイキまたはリッチ空燃比制御を継続中であることを意味しているので、その場合にはＥＣＵ３０はステップ１０４を繰り返す。
【００９３】
＜ステップ１０５＞
ステップ１０４で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ１０５に進み、ディレイ時間マップを参照してその時のエンジン運転状態に対応するディレイ時間を選定する。
【００９４】
＜ステップ１０６＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０６に進み、ステップ１０４で肯定判定してからの経過時間をカウントする。
【００９５】
＜ステップ１０７＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０７に進み、ステップ１０６でカウントされた経過時間がステップ１０５で選定されたディレイ時間に達したか否かを判定する。ステップ１０７で否定判定した場合には、ＥＣＵ３０はステップ１０６に戻って経過時間のカウントを続行する。経過時間のカウントを続行している間は切替弁２８がバイパス開位置に保持されるので、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスはバイパス管２６に流れ、ＮＯx触媒２０には流れない。したがって、ストイキまたはリッチ空燃比制御からリーン・リッチスパイク制御に切り替えた直後にＳＯx吸収剤１７からＳＯxが脱離しても、脱離したＳＯxがＮＯx触媒２０に流入することがなく、ＮＯx触媒２０のＳＯx被毒が防止される。
【００９６】
＜ステップ１０８＞
ステップ１０７で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ１０８に進み、切替弁２８を図１において実線で示すバイパス閉位置に保持し、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスをＮＯx触媒２０内に導き、バイパス管２６に流入しないようにする。ディレイ時間経過後はリーン空燃比の排気ガスがＳＯx触媒１７に流入してもＳＯx吸収剤１７からＳＯxが脱離することはなく、排気ガス中のＳＯxはＳＯx吸収剤１７に吸収されるので、ＮＯx触媒２０にはＳＯxが流れ込まなくなり、ＮＯx触媒２０のＳＯx被毒が防止される。そして、排気ガス中のＮＯxがＮＯx触媒２０で吸放出され、還元浄化される。
【００９７】
このように、この実施の形態によれば、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出される虞れがあるときには、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスがバイパス管２６に流れ、ＮＯx触媒２０には流入しなくなるので、ＮＯx触媒２０がＳＯx被毒するのを確実に阻止することができる。その結果、ＮＯx触媒２０のＮＯx浄化率を常に高い状態に維持することができる。
【００９８】
尚、この実施の形態においてＥＣＵ３０による一連の信号処理（ステップ１０１〜１０８）は、切替弁（排気経路切替手段）を制御する排気経路切替制御手段ということができる。
【００９９】
また、この制御ルーチンでは、空燃比がストイキまたはリッチ制御で且つＳＯx吸収剤１７の温度がＳＯx放出温度以上の場合に排気ガスをバイパス管２６に導入するようにしているが、ＳＯx吸収剤１７の温度にかかわらず空燃比がストイキまたはリッチ制御になった場合に排気ガスをバイパス管２６に導入するようにすることも可能であり、その場合にはステップ１０２を削除し、ステップ１０１で肯定判定した場合にステップ１０３へ進むようにする。
【０１００】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態を図７及び図８を参照して説明する。
この第２の実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は次の通りである。第２の実施の形態では、図７に示すように、ＳＯx触媒１７の下流に配置された排気管１９に、ＳＯx触媒１７を出た排気ガスの酸素濃度に比例した出力電圧を発生するＯ2センサ（酸素濃度検出手段）２４が取り付けられており、Ｏ2センサ２４の出力電圧がＡＤ変換器４０を介してＥＣＵ３０の入力ポート３５に入力される。
【０１０１】
前述した第１の実施の形態は、ＳＯx放出処理終了後に切替弁２８をバイパス開位置からバイパス閉位置に切り替えるタイミングを、ストイキまたはリッチ空燃比制御からリーン・リッチスパイク制御に切り替えてからの経過時間が予め設定したディレイ時間に達した時としており、このディレイ時間経過後であれば、リーン空燃比の排気ガスをＳＯx吸収剤１７に流入してもＳＯx吸収剤１７からＳＯxが脱離しないという考えの上に成り立っている。
【０１０２】
これに対し、この第２の実施の形態は、ＳＯx放出処理終了により空燃比がストイキまたはリッチ制御からリーン・リッチスパイク制御に切り替わった後において、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチである場合には、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが脱離している虞れがあると推定でき、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスの空燃比がリーンである場合には、ＳＯx吸収剤１７の内部における空燃比もリーンになっていてＳＯx吸収剤１７からＳＯxが脱離しないと推定できることから、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスの空燃比に基づいてＳＯx放出処理後の排気ガスの経路の切り替えタイミングを決定するようにした。そして、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスの空燃比を検出するために、排気管１９にＯ2センサ２４を設けたのである。
【０１０３】
次に、図８を参照して、第２の実施の形態における排気経路切替処理実行ルーチンを説明する。このルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶してあり、フローチャートの各ステップにおける処理は総てＥＣＵ３０のＣＰＵ３４によって実行される。
【０１０４】
＜ステップ２０１〜２０４＞
図８に示すフローチャートにおけるステップ２０１からステップ２０４は、図６に示す第１の実施の形態におけるフローチャートのステップ１０１からステップ１０４と全く同じであるので説明を省略する。
【０１０５】
ＥＣＵ３０は、ステップ２０４で肯定判定した場合には、ステップ２０５に進み、Ｏ2センサ２４により、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスの空燃比がリーンか否かを判定する。
【０１０６】
ステップ２０５で否定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ２０５を繰り返す。ステップ２０５を繰り返している間は切替弁２８がバイパス開位置に保持されるので、ＳＯx吸収剤１７から流出した排気ガスはバイパス管２６に流れ、ＮＯx触媒２０には流れない。これは、ＳＯx吸収剤１７の下流の排気ガスの空燃比がリーンでないということは、リーン空燃比の排気ガスがＳＯx吸収剤１７に流入していてもＳＯx吸収剤１７の内部では空燃比がストイキになり、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが脱離している虞れがあるからであり、このようなＳＯxを含んでいる可能性のある排気ガスをＮＯx触媒２０に流さないようにするためである。これによりＮＯx触媒２０のＳＯx被毒が防止される。
【０１０７】
ステップ２０５で肯定判定した場合には、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが脱離していないと推定できるので、ＥＣＵ３０は、ステップ２０６に進み、切替弁２８を図１において実線で示すバイパス閉位置に保持し、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスをＮＯx触媒２０内に導き、バイパス管２６に流入しないようにする。これによりリーン空燃比の排気ガスがＳＯx触媒１７からＮＯx触媒２０に流れるようになる。そして、排気ガス中のＳＯxはＳＯx吸収剤１７に吸収され、ＮＯx触媒２０にはＳＯxが流れ込まなくなり、ＮＯx触媒２０のＳＯx被毒が防止される。そして、排気ガス中のＮＯxがＮＯx触媒２０で吸放出され、還元浄化される。
【０１０８】
この第２の実施の形態によれば、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出される虞れがあるときには、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスがバイパス管２６に流れ、ＮＯx触媒２０には流入しなくなるので、ＮＯx触媒２０がＳＯx被毒するのを確実に阻止することができる。その結果、ＮＯx触媒２０のＮＯx浄化率を常に高い状態に維持することができる。
【０１０９】
尚、この実施の形態においてＥＣＵ３０による一連の信号処理（ステップ２０１〜０６）は、切替弁（排気経路切替手段）を制御する排気経路切替制御手段ということができる。
【０１１０】
〔他の実施の形態〕
前述した実施の形態では本発明をガソリンエンジンに適用した例で説明したが、本発明をディーゼルエンジンに適用することができることは勿論である。ディーゼルエンジンの場合は、燃焼室での燃焼がストイキよりもはるかにリーン域で行われるので、通常の機関運転状態ではＳＯx吸収剤１７およびＮＯx触媒２０に流入する排気ガスの空燃比は非常にリーンであり、ＳＯxおよびＮＯxの吸収は行われるものの、ＳＯxおよびＮＯxの放出が行われることは殆どない。
【０１１１】
また、ガソリンエンジンの場合には、前述したように燃焼室３に供給する混合気をストイキあるいはリッチにすることによりＳＯx吸収剤１７およびＮＯx触媒２０に流入する排気ガスの空燃比をストイキあるいはリッチにし、ＳＯx吸収剤１７やＮＯx触媒２０に吸収されているＳＯxやＮＯxを放出させることができるが、ディーゼルエンジンの場合には、燃焼室に供給する混合気をストイキあるいはリッチにすると燃焼の際に煤が発生するなどの問題があり採用することはできない。
【０１１２】
したがって、本発明をディーゼルエンジンに適用する場合、流入する排気ガスの空燃比をストイキあるいはリッチにするためには、機関出力を得るために燃料を燃焼するのとは別に、還元剤（例えば燃料である軽油）を排気ガス中に供給する必要がある。排気ガスへの還元剤の供給は、吸気行程や膨張行程や排気行程において気筒内に燃料を副噴射することによっても可能であるし、あるいは、ＳＯx触媒１７の上流の排気通路内に還元剤を供給することによっても可能である。
【０１１３】
尚、ディーゼルエンジンであっても排気再循環装置（所謂、ＥＧＲ装置）を備えている場合には、排気再循環ガスを多量に燃焼室に導入することによって、排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにすることが可能である。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、ＳＯx吸収剤からＳＯxが放出される虞れがあるときには、ＳＯx吸収剤から流出する排気ガスをＮＯx吸収剤に流入させないようにすることができるので、ＮＯx吸収剤のＳＯx被毒を確実に防止することができる。その結果、ＮＯx吸収剤のＮＯx浄化率を長期に亘って高く維持することができるという優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態の概略構成図である。
【図２】基本燃料噴射時間のマップの一例を示す図である。
【図３】機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。
【図４】吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸放出作用を説明するための図である。
【図５】前記第１の実施の形態における空燃比制御の一例を示す図である。
【図６】前記第１の実施の形態の排気経路切替処理実行ルーチンの一例を示す図である。
【図７】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態の概略構成図である。
【図８】前記第２の実施の形態の排気経路切替処理実行ルーチンの一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 機関本体（内燃機関）
３ 燃焼室
４ 点火栓
１１ 燃料噴射弁
１６，１９，２２ 排気管（排気通路）
１７ ＳＯx吸収剤
２０ ＮＯx触媒（ＮＯx吸収剤）
２３ 温度センサ
２４ ０2センサ（酸素濃度検出手段）
２６ バイパス管（バイパス通路）
２８ 切替弁（排気経路切替手段）
３０ ＥＣＵ（排気経路切替制御手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、希薄燃焼可能な内燃機関より排出される排気ガスから窒素酸化物（ＮＯx）を浄化することができる排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
希薄燃焼可能な内燃機関より排出される排気ガスからＮＯxを浄化する排気浄化装置として、吸蔵還元型ＮＯx触媒に代表されるＮＯx吸収剤がある。ＮＯx吸収剤は、流入排気ガスの空燃比がリーン（即ち、酸素過剰雰囲気下）のときにＮＯxを吸収し、流入排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯxを放出するものであり、このＮＯx吸収剤の一種である吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーン（即ち、酸素過剰雰囲気下）のときにＮＯxを吸収し、流入排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯxを放出しＮ2に還元する触媒である。
【０００３】
この吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単に触媒あるいはＮＯx触媒ということもある）を希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置すると、リーン空燃比の排気ガスが流れたときには排気ガス中のＮＯxが触媒に吸収され、ストイキ（理論空燃比）あるいはリッチ空燃比の排気ガスが流れたときに触媒に吸収されていたＮＯxがＮＯ2として放出され、さらに排気ガス中のＨＣやＣＯなどの還元成分によってＮ2に還元され、即ちＮＯxが浄化される。
【０００４】
ところで、一般に、内燃機関の燃料には硫黄分が含まれており、内燃機関で燃料を燃焼すると、燃料中の硫黄分が燃焼してＳＯ2やＳＯ3などの硫黄酸化物（ＳＯx）が発生する。前記吸蔵還元型ＮＯx触媒は、ＮＯxの吸収作用を行うのと同じメカニズムで排気ガス中のＳＯxの吸収を行うので、内燃機関の排気通路にこのＮＯx触媒を配置すると、このＮＯx触媒にはＮＯxのみならずＳＯxも吸収される。
【０００５】
ところが、前記ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成するため、前記ＮＯx触媒からＮＯxの放出・還元を行うのと同じ条件下では、分解、放出されにくく触媒内に蓄積され易い傾向がある。ＮＯx触媒内のＳＯx蓄積量が増大すると、触媒のＮＯx吸収容量が減少して排気ガス中のＮＯxの除去を十分に行うことができなくなりＮＯx浄化効率が低下する。これが所謂ＳＯx被毒である。
【０００６】
そこで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化能を長期に亘って高く維持するために、ＮＯx触媒よりも上流に、排気ガス中のＳＯxを専ら吸収するＳＯx吸収剤を配置し、ＮＯx触媒にＳＯxが流れ込まないようにしてＳＯx被毒の防止を図った排気浄化装置が開発されている。
【０００７】
前記ＳＯx吸収剤は、流入ガスの空燃比がリーンのときにＳＯxを吸収し、流入ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＳＯxをＳＯ2として放出するものであるが、このＳＯx吸収剤のＳＯx吸収容量にも限りがあるため、ＳＯx吸収剤がＳＯxで飽和する前にＳＯx吸収剤から積極的にＳＯxを放出させる処理、即ち再生処理を実行する必要がある。
【０００８】
ＳＯx吸収剤の再生処理技術については、例えば特許番号第２６０５５８０号の特許公報に開示されている。この公報によれば、ＳＯx吸収剤に吸収されたＳＯxを放出させるには、流入排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにして酸素濃度を低下させる必要があり、また、ＳＯx吸収剤の温度が高い方がＳＯxが放出され易いとされている。
【０００９】
さらに、この公報に開示された再生処理技術では、ＳＯx吸収剤からＳＯxを放出させたときに、放出されたＳＯxが下流に配置されているＮＯx触媒に吸収されるのを防止するために、ＳＯx吸収剤とＮＯx触媒とを接続する排気管から分岐してＮＯx触媒を迂回するバイパス通路を設けるとともに、排気ガスをＮＯx触媒とバイパス通路のいずれに流すか選択的に切り替える排気経路切替弁を設け、ＳＯx吸収剤の再生処理実行中は排気経路切替弁の制御により排気ガスをバイパス通路に流れるようにしてＮＯx触媒には流れないようにし、再生処理を実行していない時には排気経路切替弁の制御により排気ガスをＮＯx触媒に流れるようにしてバイパス通路には流れないようにしている。このようにすると、再生処理実行中においては、ＳＯx吸収剤から放出されたＳＯxがＮＯx触媒に流れ込まなくなるので、ＮＯx触媒がＳＯx被毒するのを阻止することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の技術では、ＳＯx吸収剤の再生処理を行うときには、排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにして酸素濃度を低下させると同時に前記排気経路切替弁を制御して排気ガスをバイパス通路に流れるようにし、再生処理の間この状態を保持し、再生処理が終了すると、排気ガスの空燃比をリーンにすると同時に排気経路切替弁を制御して排気ガスをＮＯx触媒に流れるように、排気ガスの経路を切り替えていた。
【００１１】
しかしながら、上述のようなタイミングで排気経路切替弁を切替制御すると、再生処理が終了し排気ガスの空燃比をリーンにしたにもかかわらず、再生処理終了直後にＳＯx吸収剤からＳＯxが放出され、放出されたＳＯxがＮＯx触媒に吸収されて、ＮＯx触媒がＳＯx被毒するという問題があった。
【００１２】
この原因は次のように推察される。再生処理中はＳＯx吸収剤にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスが流れるが、その時にＳＯx吸収剤はＳＯxを放出するだけでなく、排気ガス中のＨＣを吸着する。したがって、再生処理終了時点ではＳＯx吸収剤に多量のＨＣが吸着された状態になっている。一方、再生処理終了時点といえども、ＳＯx吸収剤に吸収されていたＳＯxが総て放出されるわけではなく、ＳＯx吸収剤には吸収されたＳＯxが残っている。
【００１３】
このような状態の再生処理終了時にＳＯx吸収剤へリーン空燃比の排気ガスを流すと、排気ガスに含まれている多量の酸素がＳＯx吸収剤に吸着されているＨＣを酸化するために大量に消費され、その結果、ＳＯx吸収剤の内部では排気ガスの空燃比がストイキ雰囲気になり、しかも再生処理終了直後はまだＳＯx吸収剤が高温であることもあって、ＳＯx吸収剤に残っているＳＯxが脱離し、ＳＯx吸収剤から放出される。このＳＯx吸収剤からのＳＯxの脱離は、ＳＯx吸収剤に吸着されているＨＣの吸着量が減少してＨＣを酸化するための酸素消費量が減少し、ＳＯx吸収剤の内部の空燃比がリーンになるまで続く。
【００１４】
そして、再生処理終了時には、排気ガスの空燃比をリーンにすると同時に排気ガスをＮＯx触媒に流れるように排気経路切替弁を制御しているので、ＳＯx吸収剤から放出されたＳＯxが排気ガスとともにＮＯx触媒に流れ、ＮＯx触媒を被毒するものと思われる。
【００１５】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、ＳＯx吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチからリーンに切り替わった直後にＳＯx吸収剤から放出されるＳＯxをＮＯx吸収剤に流入させないようにすることにより、ＮＯx吸収剤のＳＯx被毒をより確実に防止することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
（１） 本出願の第１の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤と、（ロ）前記ＳＯx吸収剤よりも下流の前記排気通路に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤と、（ハ）前記ＳＯx吸収剤の下流で分岐し前記ＮＯx吸収剤を迂回して排気ガスを流すバイパス通路と、（ニ）前記ＳＯx吸収剤から流出した排気ガスを前記ＮＯx吸収剤と前記バイパス通路のいずれに導くか選択的に切り替える排気経路切替手段と、（ホ）排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにして前記ＳＯx吸収剤に吸収されたＳＯxを放出するＳＯx放出処理時にはＳＯx吸収剤から流出する排気ガスが前記バイパス通路に導かれるように前記排気経路切替手段を制御し、前記ＳＯx放出処理の終了により排気ガスの空燃比をリーンに切り替えてから所定時間経過後にＳＯx吸収剤から流出する排気ガスが前記ＮＯx吸収剤に導かれるように前記排気経路切替手段を制御する排気経路切替制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
前記第１の発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、ＳＯx放出処理時にはストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスがＳＯx吸収剤に流れ、これによってＳＯx吸収剤に吸収されていたＳＯxが脱離し放出される。放出されたＳＯxはバイパス通路に流れるので、ＮＯx吸収剤には流れ込まない。したがって、ＳＯx放出処理中はＮＯx吸収剤がＳＯx被毒することはない。なお、ＳＯx吸収剤から放出されたＳＯxは排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯによって還元せしめられ、ＳＯ2となって排出される。
【００１８】
そして、ＳＯx放出処理の終了により排気ガスの空燃比はリーンに切り替わるが、リーン空燃比に切り替わっても所定時間経過するまでは排気ガスはバイパス通路に導かれ、ＮＯx吸収剤には流れ込まない。したがって、ＳＯx放出処理終了後、排気ガスのリーン空燃比切り替え直後にＳＯx吸収剤から放出されるＳＯxもバイパス通路を流れ、ＮＯx吸収剤には流れ込まない。したがって、この間においてもＮＯx吸収剤がＳＯx被毒することはない。
【００１９】
そして、リーン空燃比への切り替え直後にＳＯx吸収剤から放出されていたＳＯxも、リーン空燃比への切り替えから前記所定時間が経過するまでには、ＳＯx吸収剤から放出されなくなる。したがって、前記所定時間経過後に排気ガスがＮＯx吸収剤に流れるようになった時には、ＳＯx吸収剤からＳＯxが放出されていないので、ＮＯx吸収剤がＳＯx被毒することはない。
【００２０】
（２） 本出願の第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤と、（ロ）前記ＳＯx吸収剤よりも下流の前記排気通路に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤と、（ハ）前記ＳＯx吸収剤の下流で分岐し前記ＮＯx吸収剤を迂回して排気ガスを流すバイパス通路と、（ニ）前記ＳＯx吸収剤から流出した排気ガスを前記ＮＯx吸収剤と前記バイパス通路のいずれに導くか選択的に切り替える排気経路切替手段と、（ホ）前記ＳＯx吸収剤と前記ＮＯx吸収剤の間に設けられた酸素濃度検出手段と、（ヘ）排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにして前記ＳＯx吸収剤に吸収されたＳＯxを放出するＳＯx放出処理時にＳＯx吸収剤から流出する排気ガスが前記バイパス通路に導かれるように前記排気経路切替手段を制御し、前記ＳＯx放出処理終了後に前記酸素濃度検出手段で検出された酸素濃度に基づきＳＯx吸収剤の下流における排気ガスの空燃比がリーンであると判定されるとＳＯx吸収剤から流出する排気ガスが前記ＮＯx吸収剤に導かれるように前記排気経路切替手段を制御する排気経路切替制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
前記第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、ＳＯx放出処理時にはストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスがＳＯx吸収剤に流れ、これによってＳＯx吸収剤に吸収されていたＳＯxが脱離し放出される。放出されたＳＯxはバイパス通路に流れるので、ＮＯx吸収剤には流れ込まない。したがって、ＳＯx放出処理中はＮＯx吸収剤がＳＯx被毒することはない。なお、ＳＯx吸収剤から放出されたＳＯxは排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯによって還元せしめられ、ＳＯ2となって排出される。
【００２２】
そして、ＳＯx放出処理の終了により排気ガスの空燃比はリーンに切り替わるが、リーン空燃比に切り替わっても、前記酸素濃度検出手段で検出された酸素濃度に基づいてＳＯx吸収剤下流の排気ガスの空燃比がリーンであると判定されるまでは、排気ガスはバイパス通路に導かれ、ＮＯx吸収剤には流れ込まない。したがって、ＳＯx放出処理終了後、リーン空燃比への切り替え直後にＳＯx吸収剤から放出されるＳＯxもバイパス通路を流れ、ＮＯx吸収剤には流れ込まない。したがって、この間においてもＮＯx吸収剤がＳＯx被毒することはない。
【００２３】
一方、ＳＯx吸収剤下流の排気ガスの空燃比がリーンになっていれば、その時にはＳＯx吸収剤からＳＯxが放出されていないはずである。したがって、ＳＯx吸収剤下流の排気ガスの空燃比がリーンであると判定されて排気ガスがＮＯx吸収剤に流れるようになった時には、ＳＯx吸収剤からＳＯxが放出されていないので、ＮＯx吸収剤がＳＯx被毒することはない。
【００２４】
前記第１の発明あるいは第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、希薄燃焼可能な内燃機関としては、筒内直接噴射式のリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示することができる。リーンバーンガソリンエンジンの場合には、排気ガスの空燃比制御は燃焼室に供給される混合気の空燃比制御により実現可能である。ディーゼルエンジンの場合の排気ガスの空燃比制御は、吸気行程または膨張行程または排気行程で燃料を噴射する所謂副噴射を行うか、あるいは、ＳＯx吸収剤よりも上流の排気通路内に還元剤を供給することにより実現可能である。
ここで、排気ガスの空燃比とは、機関吸気通路及び上流側ＮＯx吸収剤よりも上流での排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比をいう。
【００２５】
前記第１の発明あるいは第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx吸収剤としては吸蔵還元型ＮＯx触媒を例示することができる。吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出し、Ｎ2に還元する触媒である。この吸蔵還元型ＮＯx触媒は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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と、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されてなるものを例示することができる。
【００２６】
前記第１の発明あるいは第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、ＳＯx吸収剤としては、三元触媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒や選択還元型ＮＯx触媒等を例示することができる。ここで、選択還元型ＮＯx触媒とは、酸素過剰の雰囲気で炭化水素の存在下でＮＯxを還元または分解する触媒をいい、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持した触媒、ゼオライトまたはアルミナに貴金属を担持した触媒、等が含まれる。
【００２７】
前記第１の発明あるいは第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記排気経路切替手段は、バイパス通路の分岐部に設けた単一の切替弁で構成することもできるし、あるいは、分岐部よりも下流のＮＯx吸収剤に近い位置にある排気通路に第１の開閉弁を設けバイパス通路に第２の開閉弁を設けて一方の開閉弁が開くと他方の開閉弁が閉じるように制御して構成することもできる。
【００２８】
前記第１の発明あるいは第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、「ＳＯx放出処理」とは、ＳＯx吸収剤に吸収されているＳＯxを積極的に放出させるために排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチに制御する場合は勿論であるが、内燃機関の運転状態からの要求により気筒内での燃焼のために燃焼用ガスの空燃比をストイキまたはリッチに制御する結果、排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチになってＳＯx吸収剤からＳＯxが放出される場合も含むものである。ここで、「内燃機関の運転状態からの要求」とは、例えば、内燃機関の高負荷運転時、全負荷運転時、始動時の暖機運転時、さらに車両駆動用の内燃機関の場合の加速時、高速の定速運転時などが考えられる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を図１から図８の図面に基いて説明する。
【００３０】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明を希薄燃焼可能な車両用ガソリンエンジンに適用した場合の概略構成を示す図である。この図において、符号１は機関本体、符号２はピストン、符号３は燃焼室、符号４は点火栓、符号５は吸気弁、符号６は吸気ポート、符号７は排気弁、符号８は排気ポートを夫々示す。
【００３１】
吸気ポート６は対応する枝管９を介してサージタンク１０に連結され、各枝管９には夫々吸気ポート６内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１１が取り付けられている。サージタンク１０は吸気ダクト１２およびエアフロメータ１３を介してエアクリーナ１４に連結され、吸気ダクト１２内にはスロットル弁１５が配置されている。
【００３２】
一方、排気ポート８は排気マニホルド１６を介してＳＯx吸収剤１７を内蔵したケーシング１８に連結され、ケーシング１８の出口部は排気管１９を介して吸蔵還元型ＮＯx触媒（ＮＯx吸収剤）２０を内蔵したケーシング２１に連結され、ケーシング２１は排気管２２を介して図示しないマフラーに接続されている。尚、以下の説明では、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０をＮＯx触媒２０と称す。ＳＯx吸収剤１７およびＮＯx触媒２０については後で詳述する。
【００３３】
ケーシング２１の入口部２１ａと排気管２２は、ＮＯx触媒２０を迂回するバイパス管（バイパス通路）２６によって連結されており、バイパス管２６の分岐部であるケーシング２１の入口部２１ａには、アクチュエータ２７によって弁体が作動される排気切替弁（排気経路切替手段）２８が設けられている。この排気切替弁２８（以下、切替弁２８と略す）はアクチュエータ２７によって、図１の実線で示されるようにバイパス管２６の入口部を閉鎖し且つＮＯx触媒２０への入口部を全開にするバイパス閉位置と、図１の破線で示されるようにＮＯx触媒２０への入口部を閉鎖し且つバイパス管２６の入口部を全開にするバイパス開位置のいずれか一方の位置を選択して作動せしめられる。
【００３４】
エンジンコントロール用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向バス３１によって相互に接続された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（セントラルプロセッサユニット）３４、入力ポート３５、出力ポート３６を具備する。エアフロメータ１３は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧がＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００３５】
一方、ＳＯx吸収剤１７の下流の排気管１９には、ＳＯx吸収剤１７を出た排気ガスの温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ２３が取り付けられており、温度センサ２３の出力電圧がＡＤ変換器３８を介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート３５には機関回転数を表す出力パルスを発生する回転数センサ４１が接続されている。出力ポート３６は対応する駆動回路３９を介して夫々点火栓４および燃料噴射弁１１、アクチュエータ２７に接続されている。
【００３６】
このガソリンエンジンでは、例えば次式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
ＴＡＵ＝ＴＰ・Ｋ
ここで、ＴＰは基本燃料噴射時間を示しており、Ｋは補正係数を示している。基本燃料噴射時間ＴＰは機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比とするのに必要な燃料噴射時間を示している。この基本燃料噴射時間ＴＰは予め実験により求められ、機関負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）および機関回転数Ｎの関数として図２に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。補正係数Ｋは機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を制御するための係数であって、Ｋ＝１．０であれば機関シリンダ内に供給される混合気は理論空燃比となる。これに対してＫ＜１．０になれば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比よりも大きくなり、即ちリーンとなり、Ｋ＞１．０になれば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比よりも小さくなり、即ちリッチとなる。
【００３７】
そして、この実施の形態のガソリンエンジンでは、機関低中負荷運転領域では補正係数Ｋの値が１．０よりも小さい値とされてリーン空燃比制御が行われ、機関高負荷運転領域、エンジン始動時の暖機運転時、加速時、及び１２０ｋｍ／ｈ以上の定速運転時には補正係数Ｋの値が１．０とされてストイキ制御が行われ、機関全負荷運転領域では補正係数Ｋの値は１．０よりも大きな値とされてリッチ空燃比制御が行われるように設定してある。
【００３８】
内燃機関では通常、低中負荷運転される頻度が最も高く、したがって運転期間中の大部分において補正係数Ｋの値が１．０よりも小さくされて、リーン混合気が燃焼せしめられることになる。
【００３９】
図３は燃焼室３から排出される排気ガス中の代表的な成分の濃度を概略的に示している。この図からわかるように、燃焼室３から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯの濃度は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリッチになるほど増大し、燃焼室３から排出される排気ガス中の酸素Ｏ2の濃度は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。
【００４０】
ケーシング２１内に収容されているＮＯx触媒２０は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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と、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されてなる。
【００４１】
このＮＯx触媒２０を機関の排気通路に配置すると、ＮＯx触媒２０は、流入排気ガスの空燃比（以下、排気空燃比という）がリーンのときにはＮＯxを吸収し、流入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。ここで、排気空燃比とは、機関吸気通路およびＮＯx触媒２０より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。
【００４２】
なお、ＮＯx触媒２０より上流の排気通路内に燃料（炭化水素）あるいは空気が供給されない場合には、排気空燃比は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比に一致し、したがってこの場合には、ＮＯx触媒２０は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリーンのときにはＮＯxを吸収し、燃焼室３内に供給される混合気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出することになる。
【００４３】
ＮＯx触媒２０によるＮＯxの吸放出作用の詳細なメカニズムについては明かでない部分もある。しかしながら、この吸放出作用は図４に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次に、このメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合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，希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００４４】
即ち、流入排気ガスの空燃比がかなりリーンになると流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、図４（Ａ）に示されるように酸素Ｏ2 がＯ2 -又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガスに含まれるＮＯは、白金Ｐｔの表面上でＯ2 -又はＯ2-と反応し、ＮＯ2 となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ）。
【００４５】
次いで、生成されたＮＯ2の一部は、白金Ｐｔ上で酸化されつつＮＯx触媒２０内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図４（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3 -の形でＮＯx触媒２０内に拡散する。このようにしてＮＯxがＮＯx触媒２０内に吸収される。
【００４６】
流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ2が生成され、ＮＯx触媒２０のＮＯx 吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ2がＮＯx触媒２０内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3 -が生成される。
【００４７】
これに対して、流入排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ2の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ3 -→ＮＯ2）に進み、ＮＯx触媒２０内の硝酸イオンＮＯ3 -がＮＯ2またはＮＯの形でＮＯx触媒２０から放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると、ＮＯx触媒２０からＮＯxが放出されることになる。図３に示されるように、流入排気ガスのリーンの度合いが低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって流入排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯx触媒２０からＮＯxが放出されることとなる。
【００４８】
一方、このとき、燃焼室３内に供給される混合気がストイキまたはリッチになると、図３に示されるように機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、これら未燃ＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 -又はＯ2-と反応して酸化せしめられる。
【００４９】
また、排気空燃比がストイキまたはリッチになると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯx触媒２０からＮＯ2またはＮＯが放出され、このＮＯ2またはＮＯは、図４（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元せしめられてＮ2となる。
【００５０】
即ち、流入排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、まず白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 -又はＯ2-とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 -又はＯ2-が消費されてもまだＨＣ，ＣＯが残っていれば、このＨＣ，ＣＯによってＮＯx触媒２０から放出されたＮＯxおよびエンジンから排出されたＮＯxがＮ2に還元せしめられる。
【００５１】
このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ2またはＮＯが存在しなくなると、ＮＯx触媒２０から次から次へとＮＯ2またはＮＯが放出され、さらにＮ2に還元せしめられる。したがって、排気空燃比をストイキまたはリッチにすると短時間の内にＮＯx触媒２０からＮＯxが放出されることになる。
【００５２】
このように、排気空燃比がリーンになるとＮＯxがＮＯx触媒２０に吸収され、排気空燃比をストイキあるいはリッチにするとＮＯxがＮＯx触媒２０から短時間のうちに放出され、Ｎ2に還元される。したがって、大気中へのＮＯxの排出を阻止することができる。
【００５３】
ところで、全負荷運転時には燃焼室３内に供給される混合気をリッチとし、また高負荷運転時、エンジン始動時の暖機運転時、加速時、及び１２０ｋｍ／ｈ以上の定速運転時には混合気を理論空燃比（ストイキ）とし、低中負荷運転時には混合気をリーンとした場合には、低中負荷運転時に排気ガス中のＮＯxがＮＯx触媒２０に吸収され、全負荷運転時及び高負荷運転時にＮＯx触媒２０からＮＯxが放出され還元されることになる。しかしながら、全負荷運転あるいは高負荷運転の頻度が少なく、低中負荷運転の頻度が多くその運転時間が長ければ、ＮＯxの放出・還元が間に合わなくなり、ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力（ＮＯx吸収容量）が飽和してＮＯxを吸収できなくなってしまう。
【００５４】
そこで、このような場合には、リーン混合気の燃焼が行われているとき、即ち中低負荷運転を行っているときには、比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にストイキまたはリッチ混合気の燃焼が行われるように混合気の空燃比を制御し、短周期的にＮＯxの放出・還元を行う手法を採用することがある。
このようにＮＯxの吸放出のために、排気空燃比（この実施の形態では混合気の空燃比）が比較的に短い周期で「リーン」と「スパイク的なストイキまたはリッチ（以下、これをリッチスパイクという）」を交互に繰り返されるように制御することを、リーン・リッチスパイク制御と称しており、この実施の形態においてもリーン・リッチスパイク制御を採用している。尚、この出願においては、リーン・リッチスパイク制御はリーン空燃比制御に含まれるものとする。
【００５５】
一方、燃料には硫黄（Ｓ）が含まれており、燃料中の硫黄が燃焼するとＳＯ2やＳＯ3などの硫黄酸化物（ＳＯx）が発生し、ＮＯx触媒２０は排気ガス中のこれらＳＯxも吸収する。ＮＯx触媒２０のＳＯx吸収メカニズムはＮＯx吸収メカニズムと同じであると考えられる。即ち、ＮＯxの吸収メカニズムを説明したときと同様に担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを坦持させた場合を例にとって説明すると、前述したように、排気空燃比がリーンのときには、酸素Ｏ2がＯ2 -又はＯ2-の形でＮＯx触媒２０の白金Ｐｔの表面に付着しており、流入排気ガス中のＳＯx（例えばＳＯ2）は白金Ｐｔの表面上で酸化されてＳＯ3となる。
【００５６】
その後、生成されたＳＯ3は、白金Ｐｔの表面で更に酸化されながらＮＯx触媒２０内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合し、硫酸イオンＳＯ4 2-の形でＮＯx触媒２０内に拡散し硫酸塩ＢａＳＯ4を生成する。この硫酸塩ＢａＳＯ4は安定していて分解しずらく、前述したリーン・リッチスパイク制御により流入排気ガスの空燃比を短時間だけストイキまたはリッチにしても分解されずにＮＯx触媒２０内に残ってしまう。したがって、時間経過に伴いＮＯx触媒２０内のＢａＳＯ4の生成量が増大するとＮＯx触媒２０の吸収に関与できるＢａＯの量が減少してＮＯxの吸収能力が低下してしまう。これが即ちＳＯx被毒である。
【００５７】
そこで、この実施の形態ではＮＯx吸収剤２０にＳＯxが流入しないように、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤１７を、ＮＯx吸収剤２０よりも上流に配置しているのである。このＳＯx吸収剤１７は、ＳＯx吸収剤１７に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＳＯxと共にＮＯxも吸収するが、流入する排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにし酸素濃度が低くなると吸収したＳＯxばかりでなくＮＯxも放出する。
【００５８】
前述したように、ＮＯx触媒２０ではＳＯxが吸収されると安定した硫酸塩ＢａＳＯ4が生成され、その結果、ＮＯx触媒２０に流入する排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにしてもＳＯxがＮＯx触媒２０から放出されなくなる。したがって、ＳＯx吸収剤１７に流入する排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにしたときにＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出されるようにするためには、吸収したＳＯxが硫酸イオンＳＯ4 2-の形でＳＯx吸収剤１７内に存在するようにするか、あるいは、硫酸塩ＢａＳＯ4が生成されたとしても硫酸塩ＢａＳＯ4が安定しない状態でＳＯx吸収剤１７に存在するようにすることが必要となる。これを可能とするＳＯx吸収剤１７としては、アルミナからなる担体上に銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、マンガンＭｎ、ニッケルＮｉのような遷移金属、ナトリウムＮａ、チタンＴｉおよびリチウムＬｉから選ばれた少なくとも一つを坦持したＳＯx吸収剤１７を用いることができる。
【００５９】
このＳＯx吸収剤１７では、ＳＯx吸収剤１７に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＳＯ2がＳＯx吸収剤１７の表面で酸化されつつ硫酸イオンＳＯ4 2-の形でＳＯx吸収剤１７内に吸収され、次いでＳＯx吸収剤１７内に拡散される。この場合、ＳＯx吸収剤１７の担体上に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈのうちのいずれかを坦持させておくとＳＯ2がＳＯ3 2-の形で白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ上に吸着し易くなり、かくしてＳＯ2は硫酸イオンＳＯ4 2-の形でＳＯx吸収剤１７内に吸収され易くなる。したがって、ＳＯ2の吸収を促進するためにはＳＯx吸収剤１７の担体上に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈのいずれかを坦持させることが好ましい。
【００６０】
このＳＯx吸収剤１７をＮＯx触媒２０の上流に配置すると、ＳＯx吸収剤１７に流入する排気ガスの空燃比がリーンになると排気ガス中のＳＯxがＳＯx吸収剤１７に吸収され、したがって、下流のＮＯx触媒２０にはＳＯxが流れ込まなくなり、ＮＯx触媒２０では排気ガス中のＮＯxのみが吸収されることになる。
【００６１】
一方、前述したようにＳＯx吸収剤１７に吸収されたＳＯxは硫酸イオンＳＯ4 2-の形でＳＯx吸収剤１７に拡散しているか、あるいは不安定な状態で硫酸塩ＢａＳＯ4となっている。したがって、ＳＯx吸収剤１７に流入する排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチになって酸素濃度が低下するとＳＯx吸収剤１７に吸収されているＳＯxがＳＯx吸収剤１７から容易に放出されることになる。
【００６２】
ところで、本出願人の研究により、ＳＯx吸収剤１７の吸放出作用に関して次のことがわかった。ＳＯx吸収剤１７に吸収されているＳＯx量が少ないときには、ＳＯx吸収剤１７のＳＯx吸着力が強いため、ＳＯx吸収剤１７にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスを短時間（例えば５秒以下）流したのではＳＯx吸収剤１７からＳＯxは放出されない。これについては、本出願人は、ＳＯx吸収剤１７に吸収されているＳＯx量が少ないときに、ＮＯx触媒２０からＮＯxを放出させるために行うリーン・リッチスパイク制御のときのストイキまたはリッチ空燃比の継続時間ではＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出されないことを確認している。ただし、ＳＯx吸収剤１７に吸収されているＳＯx量が少ないときであっても、ＳＯx吸収剤１７にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスを長時間流した場合には、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出される。
【００６３】
しかしながら、ＳＯx吸収剤１７に吸収されているＳＯx量が増えたときには、ＳＯx吸収剤１７のＳＯx吸着力が弱くなるため、ＳＯx吸収剤１７にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスを短時間流した場合にもＳＯx吸収剤１７からＳＯxが漏れ出て、下流のＮＯx触媒２０を被毒する虞れがある。
【００６４】
そこで、この実施の形態では、エンジンの運転状態の履歴からＳＯx吸収剤１７に吸収されたＳＯx量を推定し、その推定ＳＯx吸収量が所定量に達した時をＳＯx吸収剤１７からＳＯxを放出させるべき時期と判断して、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxを積極的に放出させる処理（以下、この処理を再生処理という）を実行する。ＳＯx吸収剤１７の再生処理を実行するに際し、ＥＣＵ３０は、機関回転数Ｎと機関負荷Ｑ／Ｎからその時の機関運転状態を判断し、また、温度センサ２９で検出したその時の排気ガス温度をＳＯx吸収剤１７の温度として代用し、機関運転状態とＳＯx吸収剤１７の温度に基づき燃費悪化が少なく最も効率的にＳＯxを放出できるストイキまたはリッチ条件を選定し、選定した空燃比でエンジンを運転して排出される排気ガスを長時間ＳＯx吸収剤１７に流すことにより実行する。
【００６５】
また、ＳＯx吸収剤１７の温度を所定温度（例えば、５５０゜Ｃ）以上の高温にすると、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出され易いことが、換言すればＳＯxの放出を促進できることがわかっている。そこで、この実施の形態では、ＥＣＵ３０は、ＳＯx吸収剤１７の再生処理実行中、適宜の手段によって排気ガス温度の温度制御を行い、ＳＯx吸収剤１７の温度を前記所定温度（以下、これをＳＯx放出温度という）以上に制御する。
【００６６】
ＳＯx吸収剤１７を再生すると、ＳＯx吸収剤１７から流出した排気ガス（以下、再生処理時にＳＯx吸収剤１７から排出される排気ガスを再生排気と称し、非再生処理時にＳＯx吸収剤１７から排出される排気ガスと区別する場合もある）にはＳＯx吸収剤１７から放出された多量のＳＯxが含まれることとなるため、この再生排気がＮＯx触媒２０に流入すると再生排気中のＳＯxがＮＯx触媒２０に吸収され、ＮＯx触媒２０がＳＯx被毒してしまい、ＳＯx吸収剤１７を設けた意味がなくなってしまう。そこで、この実施の形態では、ＳＯx吸収剤１７の再生処理時にＳＯx吸収剤１７から放出されたＳＯxがＮＯx触媒２０に吸収されるのを阻止するために、ＳＯx吸収剤１７の再生処理時にはＳＯx吸収剤１７から流出した再生排気をバイパス管２６内に導くようにしている。
【００６７】
また、この実施の形態では、エンジンの高負荷運転時、エンジン始動時の暖機運転時、加速時、及び１２０ｋｍ／ｈ以上の定速運転時には空燃比がストイキ制御され、全負荷運転時には空燃比がリッチ制御とされるようになっている。したがって、これら運転状態のときには排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチになって、ストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスがＳＯx吸収剤１７に流入することとなる。
【００６８】
前述したように、ストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスがＳＯx吸収剤１７に流入しても瞬時であればＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出されることはないので何ら問題は生じないが、ある程度継続して流入した場合にはＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出される虞れがあり、この排気ガスが下流のＮＯx触媒２０に流入するとＮＯx触媒２０がＳＯx被毒する虞れがある。特に、排気ガス温度が前記ＳＯx放出温度以上になるとＳＯx吸収剤１７からのＳＯxの放出が促進されるため、ＮＯx触媒２０のＳＯx被毒の虞れが大きくなる。
【００６９】
例えば、エンジン始動時の暖機運転は機関本体１が暖機されるまで継続されるので長時間に亘る場合があり、加速時もある程度の時間継続して行われる場合もあり、１２０ｋｍ／ｈ以上の定速運転も高速道路における走行で長時間継続される場合があり、これらの場合に、前記ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出される虞れがある。
【００７０】
そこで、この実施の形態では、高負荷運転時、エンジン始動時の暖機運転時、加速時、及び１２０ｋｍ／ｈ以上の定速運転時、全負荷運転時など、エンジンの運転状態からの要求により空燃比をストイキまたはリッチ制御（以下、これをエンジン運転状態によるストイキまたはリッチ空燃比制御と称す）した結果、排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチになったときには、ＳＯx吸収剤１７から流出した排気ガスをバイパス管２６内に導き、ＮＯx触媒２０に流入するのを阻止している。
【００７１】
つまり、この実施の形態では、ＳＯx吸収剤１７の再生処理を実行しているか否かにかかわらず、空燃比をストイキ制御またはリッチ制御しているときには、ＳＯx吸収剤１７から流出した排気ガスをバイパス管２６内に導き、ＮＯx触媒２０に流入するのを阻止している。
【００７２】
以下、ＳＯx吸収剤１７の再生処理の実行によりＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出される場合と、前述の如くエンジン運転状態からの要求でストイキまたはリッチ空燃比制御する結果ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出される場合を総称して、ＳＯx吸収剤１７のＳＯx放出処理と称す。
【００７３】
次に、排気ガスの経路の切り替えについて詳述する。排気ガス中のＮＯxをＮＯx触媒２０で吸放出し還元浄化するために空燃比のリーン・リッチスパイク制御を実行しているときには、切替弁２８が図１において実線で示すようにバイパス閉位置に保持される。したがって、このときにはＳＯx吸収剤１７から流出した排気ガスはＮＯx触媒２０に流入し、バイパス管２６には流れない。そして、排気ガス中のＳＯxはＳＯx吸収剤１７に吸収され、ＮＯx触媒２０にはＳＯxが流れ込まなくなり、ＮＯx触媒２０のＳＯx被毒が防止される。そして、排気ガス中のＮＯxがＮＯx触媒２０で吸放出され、還元浄化される。
【００７４】
次いで、上記状態からＳＯx放出処理に移行する時には、空燃比の制御がリーン・リッチスパイク制御からストイキまたはリッチ制御に切り替えられると同時に、切替弁２８がバイパス閉位置から図１において破線で示すバイパス開位置に切り替えられ、その状態に保持される。
【００７５】
ＳＯx放出処理時に空燃比がストイキまたはリッチに制御されると、排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチになる。この排気ガスがＳＯx吸収剤１７に流入するとＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出される。この時、切替弁２８がバイパス開位置になっているので、ＳＯx吸収剤１７から流出したＳＯxを多量に含む排気ガスはＮＯx触媒２０内には流入せず、バイパス管２６を流れる。したがって、ＮＯx触媒２０がＳＯx吸収剤１７から放出されたＳＯxによって被毒するのを阻止することができる。尚、排気ガス中のＳＯxは排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯによって還元せしめられ、ＳＯ2となって放出される。
【００７６】
次に、ＳＯx放出処理の終了によりストイキまたはリッチ空燃比制御からリーン・リッチスパイク制御に切り替わる時には、空燃比制御の切り替えから所定のディレイ時間が経過した後に切替弁２８をバイパス開位置からバイパス閉位置に切り替える。このように空燃比制御の切り替えから切替弁２８による排気ガスの経路の切り替えまでにディレイ時間を設ける理由は次の通りである。
【００７７】
ＳＯx放出処理中はＳＯx吸収剤１７にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスが流れるが、その時にＳＯx吸収剤１７はＳＯxを放出するだけでなく、排気ガス中のＨＣを吸着する。したがって、ＳＯx放出処理終了時点ではＳＯx吸収剤１７に多量のＨＣが吸着された状態になっている。一方、ＳＯx放出処理終了時点といえども、ＳＯx吸収剤１７に吸収されていたＳＯxが総て放出されるわけではなく、ＳＯx吸収剤１７にはＳＯxが残存している。これについては、ＳＯx吸収剤１７の再生処理直後も例外ではない。
【００７８】
このような状態のＳＯx放出処理終了時にＳＯx吸収剤１７へリーン空燃比の排気ガスが流れると、排気ガスに含まれている酸素がＳＯx吸収剤１７に吸着されているＨＣを酸化するために大量に消費され、その結果、リーン空燃比の排気ガスをＳＯx吸収剤１７に流入させてもＳＯx吸収剤１７の内部においてはストイキ雰囲気になり、しかもＳＯx放出処理終了直後はまだＳＯx吸収剤１７が高温でありＳＯxを脱離させ易い雰囲気にあることもあって、ＳＯx吸収剤１７に残存しているＳＯxが脱離し、ＳＯx吸収剤１７から放出される。このＳＯx吸収剤１７からのＳＯxの脱離は、ＳＯx吸収剤１７に吸着されているＨＣの吸着量が減少してＨＣを酸化するための酸素消費量が減少し、ＳＯx吸収剤１７の内部の空燃比がリーンになるまで続く。
【００７９】
したがって、ストイキまたはリッチ空燃比制御からリーン・リッチスパイク制御に切り替わると同時に切替弁２８をバイパス開位置からバイパス閉位置に切り替えて排気ガスをＮＯx触媒２０に流れるようにすると、ＳＯx放出処理終了直後にＳＯx吸収剤１７から放出されるＳＯxがＮＯx触媒２０に流入し、ＮＯx触媒２０をＳＯx被毒させてしまう虞れがある。
【００８０】
そこで、この実施の形態では、ＳＯx放出処理が終了しリーン空燃比の排気ガスがＳＯx吸収剤１７に流れるようになっても、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出されなくなるまでの所定時間が経過するまでは、切替弁２８をバイパス開位置に保持して排気ガスをバイパス管２６に流し、ＮＯx触媒２０に流入させないようにした。
【００８１】
これによって、例えＳＯx放出処理終了後にＳＯx吸収剤１７からＳＯxが脱離したとしても、脱離したＳＯxがＮＯx触媒２０に流入することがなくなり、ＮＯx触媒２０がＳＯx被毒するのを防止することができる。
【００８２】
尚、空燃比制御の切り替えから切替弁２８による排気ガスの経路切り替えまでのディレイ時間をどのくらいの長さに設定するかは、ストイキまたはリッチ空燃比制御からリーン・リッチスパイク制御に切り替える時点におけるエンジンの運転状態に基づきＲＯＭ３２に格納されているディレイ時間マップを参照して選定する。
【００８３】
ここで、ディレイ時間マップは、予めこのエンジンに対して実験を行い、排気ガス温度、車速、エンジン回転数などエンジンの運転状態と、空燃比制御切り替え直後からＳＯx吸収剤１７のＳＯx脱離が終了するまでの時間との関係を求め、この実験結果に基づいてエンジンの運転状態に応じた最適なディレイ時間を設定し、マップ化して作成する。ちなみに、ディレイ時間と排気ガス温度等との関係は、排気ガス温度が高くなるほどディレイ時間は短くて済み、車速が大きくなるほどディレイ時間は短くて済み、エンジン回転数が大きくなるほどディレイ時間は短くて済む傾向にある。
【００８４】
そして、前記ディレイ時間が経過した後、切替弁２８をバイパス開位置からバイパス閉位置に切り替えて、ＳＯx吸収剤１７から流出した排気ガスをＮＯx触媒２０に流し、バイパス管２６に流れないようにする。ディレイ時間経過後はリーン空燃比の排気ガスがＳＯx触媒１７に流入してもＳＯx吸収剤１７からのＳＯx脱離がなく、排気ガス中のＳＯxはＳＯx吸収剤１７に吸収されるので、ＮＯx触媒２０にはＳＯxが流れ込まなくなり、ＮＯx触媒２０のＳＯx被毒が防止される。そして、排気ガス中のＮＯxがＮＯx触媒２０で吸放出され、還元浄化される。
【００８５】
図５は、この実施の形態における空燃比制御の一実施例を示したものである。この実施例では、リーン・リッチスパイク制御においては、例えば６０ｋｍ／ｈでの定速走行でリーン運転継続時間を４０秒、ストイキ運転継続時間を２秒程度としてこれを交互に繰り返す。一方、ＳＯx吸収剤１７の再生処理時は空燃比をストイキ制御とし、その継続時間はリーン・リッチスパイク制御の時のストイキ運転継続時間よりも十分に長い時間、例えば約１時間とした。
【００８６】
次に、図６を参照して、この実施の形態における排気経路切替処理実行ルーチンを説明する。このルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶してあり、フローチャートの各ステップにおける処理は総てＥＣＵ３０のＣＰＵ３４によって実行される。
【００８７】
＜ステップ１０１＞
まず、ＥＣＵ３０は、ステップ１０１において、現在の空燃比制御がストイキ制御またはリッチ制御か否かを判定する。ＳＯx吸収剤１７の再生処理時、エンジンの高負荷運転時、エンジン始動時の暖機運転時、加速時、及び１２０ｋｍ／ｈ以上の定速運転時には空燃比がストイキ制御、全負荷運転時には空燃比がリッチ制御されるので、これらの場合には、ＥＣＵ３０はステップ１０１において肯定判定してステップ１０２に進む。一方、エンジンの低中負荷運転時には空燃比がリーン・リッチスパイク制御されるので、この場合にはＥＣＵ３０はステップ１０１において否定判定してステップ１０１を繰り返す。
【００８８】
＜ステップ１０２＞
ＥＣＵ３０は、ステップ１０１で肯定判定してステップ１０２に進むと、ＳＯx吸収剤１７の温度がＳＯx放出温度以上か否かを判定する。尚、この実施の形態では、温度センサ２３で検出されるＳＯx吸収剤１７出口の排気ガス温度をＳＯx吸収剤１７の温度として代用する。
【００８９】
＜ステップ１０３＞
ステップ１０２で肯定判定した場合にはＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出され易いので、ＥＣＵ３０は、ステップ１０３に進んで、切替弁２８を図１において破線で示すバイパス開位置に保持し、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスをバイパス管２６内に導き、ＮＯx触媒２０に流入しないようにする。これにより、ＳＯx吸収剤１７から流出した排気ガスはバイパス管２６を通って大気に放出される。したがって、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出されたとしても、そのＳＯxがＮＯx触媒２０に吸収されることはなく、ＮＯx触媒２０がＳＯx被毒するのを阻止することができる。
【００９０】
尚、ＳＯx吸収剤１７から放出されたＳＯxは排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯによって還元せしめられ、ＳＯ2となって放出される。また、空燃比をストイキまたはリッチ制御しているときには機関本体１から未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯxが排出されるが、ＳＯx吸収剤１７は三元触媒機能を有しているので、未燃ＨＣ，ＣＯ，ＮＯxはＳＯx吸収剤１７によって浄化せしめられ、大気中に放出される虞れはない。
【００９１】
一方、ステップ１０２で否定判定した場合にはＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出されにくいので、ＥＣＵ３０はステップ１０１に戻る。
【００９２】
＜ステップ１０４＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０３からステップ１０４に進んで、現在の空燃比制御がリーン制御か否か（正確に言えば、リーン・リッチスパイク制御か否か）を判定する。ステップ１０４で否定判定した場合は、現在もストイキまたはリッチ空燃比制御を継続中であることを意味しているので、その場合にはＥＣＵ３０はステップ１０４を繰り返す。
【００９３】
＜ステップ１０５＞
ステップ１０４で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ１０５に進み、ディレイ時間マップを参照してその時のエンジン運転状態に対応するディレイ時間を選定する。
【００９４】
＜ステップ１０６＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０６に進み、ステップ１０４で肯定判定してからの経過時間をカウントする。
【００９５】
＜ステップ１０７＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０７に進み、ステップ１０６でカウントされた経過時間がステップ１０５で選定されたディレイ時間に達したか否かを判定する。ステップ１０７で否定判定した場合には、ＥＣＵ３０はステップ１０６に戻って経過時間のカウントを続行する。経過時間のカウントを続行している間は切替弁２８がバイパス開位置に保持されるので、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスはバイパス管２６に流れ、ＮＯx触媒２０には流れない。したがって、ストイキまたはリッチ空燃比制御からリーン・リッチスパイク制御に切り替えた直後にＳＯx吸収剤１７からＳＯxが脱離しても、脱離したＳＯxがＮＯx触媒２０に流入することがなく、ＮＯx触媒２０のＳＯx被毒が防止される。
【００９６】
＜ステップ１０８＞
ステップ１０７で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ１０８に進み、切替弁２８を図１において実線で示すバイパス閉位置に保持し、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスをＮＯx触媒２０内に導き、バイパス管２６に流入しないようにする。ディレイ時間経過後はリーン空燃比の排気ガスがＳＯx触媒１７に流入してもＳＯx吸収剤１７からＳＯxが脱離することはなく、排気ガス中のＳＯxはＳＯx吸収剤１７に吸収されるので、ＮＯx触媒２０にはＳＯxが流れ込まなくなり、ＮＯx触媒２０のＳＯx被毒が防止される。そして、排気ガス中のＮＯxがＮＯx触媒２０で吸放出され、還元浄化される。
【００９７】
このように、この実施の形態によれば、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出される虞れがあるときには、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスがバイパス管２６に流れ、ＮＯx触媒２０には流入しなくなるので、ＮＯx触媒２０がＳＯx被毒するのを確実に阻止することができる。その結果、ＮＯx触媒２０のＮＯx浄化率を常に高い状態に維持することができる。
【００９８】
尚、この実施の形態においてＥＣＵ３０による一連の信号処理（ステップ１０１〜１０８）は、切替弁（排気経路切替手段）を制御する排気経路切替制御手段ということができる。
【００９９】
また、この制御ルーチンでは、空燃比がストイキまたはリッチ制御で且つＳＯx吸収剤１７の温度がＳＯx放出温度以上の場合に排気ガスをバイパス管２６に導入するようにしているが、ＳＯx吸収剤１７の温度にかかわらず空燃比がストイキまたはリッチ制御になった場合に排気ガスをバイパス管２６に導入するようにすることも可能であり、その場合にはステップ１０２を削除し、ステップ１０１で肯定判定した場合にステップ１０３へ進むようにする。
【０１００】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態を図７及び図８を参照して説明する。
この第２の実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は次の通りである。第２の実施の形態では、図７に示すように、ＳＯx触媒１７の下流に配置された排気管１９に、ＳＯx触媒１７を出た排気ガスの酸素濃度に比例した出力電圧を発生するＯ2センサ（酸素濃度検出手段）２４が取り付けられており、Ｏ2センサ２４の出力電圧がＡＤ変換器４０を介してＥＣＵ３０の入力ポート３５に入力される。
【０１０１】
前述した第１の実施の形態は、ＳＯx放出処理終了後に切替弁２８をバイパス開位置からバイパス閉位置に切り替えるタイミングを、ストイキまたはリッチ空燃比制御からリーン・リッチスパイク制御に切り替えてからの経過時間が予め設定したディレイ時間に達した時としており、このディレイ時間経過後であれば、リーン空燃比の排気ガスをＳＯx吸収剤１７に流入してもＳＯx吸収剤１７からＳＯxが脱離しないという考えの上に成り立っている。
【０１０２】
これに対し、この第２の実施の形態は、ＳＯx放出処理終了により空燃比がストイキまたはリッチ制御からリーン・リッチスパイク制御に切り替わった後において、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチである場合には、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが脱離している虞れがあると推定でき、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスの空燃比がリーンである場合には、ＳＯx吸収剤１７の内部における空燃比もリーンになっていてＳＯx吸収剤１７からＳＯxが脱離しないと推定できることから、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスの空燃比に基づいてＳＯx放出処理後の排気ガスの経路の切り替えタイミングを決定するようにした。そして、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスの空燃比を検出するために、排気管１９にＯ2センサ２４を設けたのである。
【０１０３】
次に、図８を参照して、第２の実施の形態における排気経路切替処理実行ルーチンを説明する。このルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶してあり、フローチャートの各ステップにおける処理は総てＥＣＵ３０のＣＰＵ３４によって実行される。
【０１０４】
＜ステップ２０１〜２０４＞
図８に示すフローチャートにおけるステップ２０１からステップ２０４は、図６に示す第１の実施の形態におけるフローチャートのステップ１０１からステップ１０４と全く同じであるので説明を省略する。
【０１０５】
ＥＣＵ３０は、ステップ２０４で肯定判定した場合には、ステップ２０５に進み、Ｏ2センサ２４により、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスの空燃比がリーンか否かを判定する。
【０１０６】
ステップ２０５で否定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ２０５を繰り返す。ステップ２０５を繰り返している間は切替弁２８がバイパス開位置に保持されるので、ＳＯx吸収剤１７から流出した排気ガスはバイパス管２６に流れ、ＮＯx触媒２０には流れない。これは、ＳＯx吸収剤１７の下流の排気ガスの空燃比がリーンでないということは、リーン空燃比の排気ガスがＳＯx吸収剤１７に流入していてもＳＯx吸収剤１７の内部では空燃比がストイキになり、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが脱離している虞れがあるからであり、このようなＳＯxを含んでいる可能性のある排気ガスをＮＯx触媒２０に流さないようにするためである。これによりＮＯx触媒２０のＳＯx被毒が防止される。
【０１０７】
ステップ２０５で肯定判定した場合には、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが脱離していないと推定できるので、ＥＣＵ３０は、ステップ２０６に進み、切替弁２８を図１において実線で示すバイパス閉位置に保持し、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスをＮＯx触媒２０内に導き、バイパス管２６に流入しないようにする。これによりリーン空燃比の排気ガスがＳＯx触媒１７からＮＯx触媒２０に流れるようになる。そして、排気ガス中のＳＯxはＳＯx吸収剤１７に吸収され、ＮＯx触媒２０にはＳＯxが流れ込まなくなり、ＮＯx触媒２０のＳＯx被毒が防止される。そして、排気ガス中のＮＯxがＮＯx触媒２０で吸放出され、還元浄化される。
【０１０８】
この第２の実施の形態によれば、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出される虞れがあるときには、ＳＯx吸収剤１７から流出する排気ガスがバイパス管２６に流れ、ＮＯx触媒２０には流入しなくなるので、ＮＯx触媒２０がＳＯx被毒するのを確実に阻止することができる。その結果、ＮＯx触媒２０のＮＯx浄化率を常に高い状態に維持することができる。
【０１０９】
尚、この実施の形態においてＥＣＵ３０による一連の信号処理（ステップ２０１〜０６）は、切替弁（排気経路切替手段）を制御する排気経路切替制御手段ということができる。
【０１１０】
〔他の実施の形態〕
前述した実施の形態では本発明をガソリンエンジンに適用した例で説明したが、本発明をディーゼルエンジンに適用することができることは勿論である。ディーゼルエンジンの場合は、燃焼室での燃焼がストイキよりもはるかにリーン域で行われるので、通常の機関運転状態ではＳＯx吸収剤１７およびＮＯx触媒２０に流入する排気ガスの空燃比は非常にリーンであり、ＳＯxおよびＮＯxの吸収は行われるものの、ＳＯxおよびＮＯxの放出が行われることは殆どない。
【０１１１】
また、ガソリンエンジンの場合には、前述したように燃焼室３に供給する混合気をストイキあるいはリッチにすることによりＳＯx吸収剤１７およびＮＯx触媒２０に流入する排気ガスの空燃比をストイキあるいはリッチにし、ＳＯx吸収剤１７やＮＯx触媒２０に吸収されているＳＯxやＮＯxを放出させることができるが、ディーゼルエンジンの場合には、燃焼室に供給する混合気をストイキあるいはリッチにすると燃焼の際に煤が発生するなどの問題があり採用することはできない。
【０１１２】
したがって、本発明をディーゼルエンジンに適用する場合、流入する排気ガスの空燃比をストイキあるいはリッチにするためには、機関出力を得るために燃料を燃焼するのとは別に、還元剤（例えば燃料である軽油）を排気ガス中に供給する必要がある。排気ガスへの還元剤の供給は、吸気行程や膨張行程や排気行程において気筒内に燃料を副噴射することによっても可能であるし、あるいは、ＳＯx触媒１７の上流の排気通路内に還元剤を供給することによっても可能である。
【０１１３】
尚、ディーゼルエンジンであっても排気再循環装置（所謂、ＥＧＲ装置）を備えている場合には、排気再循環ガスを多量に燃焼室に導入することによって、排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにすることが可能である。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、ＳＯx吸収剤からＳＯxが放出される虞れがあるときには、ＳＯx吸収剤から流出する排気ガスをＮＯx吸収剤に流入させないようにすることができるので、ＮＯx吸収剤のＳＯx被毒を確実に防止することができる。その結果、ＮＯx吸収剤のＮＯx浄化率を長期に亘って高く維持することができるという優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態の概略構成図である。
【図２】基本燃料噴射時間のマップの一例を示す図である。
【図３】機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。
【図４】吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸放出作用を説明するための図である。
【図５】前記第１の実施の形態における空燃比制御の一例を示す図である。
【図６】前記第１の実施の形態の排気経路切替処理実行ルーチンの一例を示す図である。
【図７】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態の概略構成図である。
【図８】前記第２の実施の形態の排気経路切替処理実行ルーチンの一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 機関本体（内燃機関）
３ 燃焼室
４ 点火栓
１１ 燃料噴射弁
１６，１９，２２ 排気管（排気通路）
１７ ＳＯx吸収剤
２０ ＮＯx触媒（ＮＯx吸収剤）
２３ 温度センサ
２４ ０2センサ（酸素濃度検出手段）
２６ バイパス管（バイパス通路）
２８ 切替弁（排気経路切替手段）
３０ ＥＣＵ（排気経路切替制御手段）
Claims (2)
- （イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤と、
（ロ）前記ＳＯx吸収剤よりも下流の前記排気通路に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤と、
（ハ）前記ＳＯx吸収剤の下流で分岐し前記ＮＯx吸収剤を迂回して排気ガスを流すバイパス通路と、
（ニ）前記ＳＯx吸収剤から流出した排気ガスを前記ＮＯx吸収剤と前記バイパス通路のいずれに導くか選択的に切り替える排気経路切替手段と、
（ホ）排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにして前記ＳＯx吸収剤に吸収されたＳＯxを放出するＳＯx放出処理時にはＳＯx吸収剤から流出する排気ガスが前記バイパス通路に導かれるように前記排気経路切替手段を制御し、前記ＳＯx放出処理の終了により排気ガスの空燃比をリーンに切り替えてから所定時間経過後にＳＯx吸収剤から流出する排気ガスが前記ＮＯx吸収剤に導かれるように前記排気経路切替手段を制御する排気経路切替制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - （イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤と、
（ロ）前記ＳＯx吸収剤よりも下流の前記排気通路に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤と、
（ハ）前記ＳＯx吸収剤の下流で分岐し前記ＮＯx吸収剤を迂回して排気ガスを流すバイパス通路と、
（ニ）前記ＳＯx吸収剤から流出した排気ガスを前記ＮＯx吸収剤と前記バイパス通路のいずれに導くか選択的に切り替える排気経路切替手段と、
（ホ）前記ＳＯx吸収剤と前記ＮＯx吸収剤の間に設けられた酸素濃度検出手段と、
（ヘ）排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにして前記ＳＯx吸収剤に吸収されたＳＯxを放出するＳＯx放出処理時にＳＯx吸収剤から流出する排気ガスが前記バイパス通路に導かれるように前記排気経路切替手段を制御し、前記ＳＯx放出処理終了後に前記酸素濃度検出手段で検出された酸素濃度に基づきＳＯx吸収剤の下流における排気ガスの空燃比がリーンであると判定されるとＳＯx吸収剤から流出する排気ガスが前記ＮＯx吸収剤に導かれるように前記排気経路切替手段を制御する排気経路切替制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP07945499A JP3539268B2 (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 内燃機関の排気浄化装置 |
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Family
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Family Applications (1)
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| JP07945499A Expired - Lifetime JP3539268B2 (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 内燃機関の排気浄化装置 |
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-
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