JP3832550B2

JP3832550B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3832550B2
Application number: JP25915799A
Authority: JP
Inventors: 保樹田村; 均一岩知道; 修中山
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 1999-09-13
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2019-09-13
Also published as: JP2001082137A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、排ガス中の硫化水素（Ｈ₂Ｓ）による臭気を抑制しつつＮＯｘ触媒装置を再生可能な排気浄化装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
希薄燃焼内燃機関の排ガス中のＮＯｘを浄化するべく吸蔵型ＮＯｘ触媒が実用化されているが、この種の触媒では、内燃機関のリーン運転時に排ガス中のＮＯｘを触媒上に一時的に吸蔵する際に排ガス中の硫黄成分（Ｓ成分）も触媒上に吸蔵されるため、触媒のＮＯｘ浄化性能が低下するという問題（Ｓ被毒）が生じる。
【０００３】
そこで、Ｓ被毒された吸蔵型ＮＯｘ触媒の温度を高めると共に触媒を還元雰囲気内におくことにより、触媒に吸蔵されたＳ成分を触媒から離脱させ、その浄化効率を回復させることが知られている。しかし、この様な手法によれば、吸蔵型ＮＯｘ触媒からＳ成分を放出させたときにＨ₂Ｓが生成され、臭気が発生するという新たな問題が生じる。
【０００４】
この問題を解消するため、特開平８−２９４６１８号公報に記載の技術では、吸蔵型ＮＯｘ触媒の下流に下流側触媒コンバータを配置すると共に、理論空燃比を基準としてリッチ域およびリーン域に空燃比を交互に変動させる空燃比パーターベーションを行い、下流側触媒コンバータによりＨ₂Ｓの捕獲および酸化を行ってＨ₂Ｓの大気への放出を抑制している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、吸蔵型ＮＯｘ触媒からＨ₂Ｓが放出される際のＨ₂Ｓ放出速度は、ＮＯｘ触媒のＳ成分の吸蔵量や機関運転状態によって大きく変化し、従って、機関運転状態に無関係に空燃比パーターベーションを実行すると、下流側触媒コンバータによるＨ₂Ｓの捕獲及び酸化が充分に行われず、多量のＨ₂Ｓが大気中へ放出されて臭気が発生するおそれがある。
【０００６】
本発明は、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）の大気中への放出を確実に抑制して臭気の発生を防止しつつ、ＮＯｘ吸蔵触媒装置をＳ被毒から再生できる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明に係る排気浄化装置は、機関運転状態に基づいて推定されるＮＯｘ吸蔵触媒装置からの硫化水素放出速度が車速に応じて設定された所定値よりも大きいときに制御手段の制御下で空燃比変動手段が作動し、この作動により、ほぼ理論空燃比を基準にして排気空燃比をリッチ側とリーン側とに変動させることを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明に係る排気浄化装置では、排気空燃比がリーンであるときにＮＯｘ吸蔵触媒装置にＮＯｘとともに吸蔵された排ガス中の硫黄成分（Ｓ成分）は、排気空燃比がストイキオまたはリッチであるときにＮＯｘ吸蔵触媒装置から放出され、この放出Ｓ成分から硫化水素（Ｈ_２Ｓ）が生成されるが、硫化水素が生成、放出される際、機関運転状態に基づいて推定された硫化水素放出速度が所定値よりも大きいときに制御手段の制御下で空燃比変動手段が作動可能である。そして、空燃比変動手段の作動により、排気空燃比がほぼ理論空燃比を基準にしてリッチ側とリーン側とに交互に変動する。
【０００９】
空燃比変動手段の作動中、排気空燃比がリッチである間は硫化水素が放出され、排気空燃比がリーンになると硫化水素の放出は行われなくなる。すなわち、硫化水素は断続的に放出されることになり、その放出速度の平均値は、排気空燃比をリッチ側とリーン側とに変動させずに硫化水素の連続放出を許容する場合に比べ、かなり減少する。ここで、硫化水素放出速度は排ガス中の硫化水素濃度と密接に関連し、また、硫化水素濃度は硫化水素の排出に伴う臭気の度合と密接に関連する。この様に、硫化水素放出速度は、機関運転状態によって変化すると共に臭気の度合に対応するものであり、本発明では、硫化水素放出速度が増大して臭気が強まるおそれがある場合に排気空燃比をリッチ側とリーン側とに交互に変動させることにより硫化水素放出速度を抑制して臭気を弱めることができ、硫化水素の排出に伴う臭気の発生という問題を解消または大幅に緩和できる。その一方で、排気空燃比が、平均として、理論空燃比近傍の値に保持されるので、ＮＯｘ吸蔵触媒装置の浄化能力を再生することができる。すなわち、本発明では、機関運転状態によって変化する硫化水素放出速度に基づいて空燃比変動手段が作動し、硫化水素の放出による臭気の発生を防止しつつ、ＮＯｘ吸蔵触媒装置の再生が行われることになる。
【００１０】
この場合、硫化水素放出速度が所定値を上回ったときに空燃比変動手段を作動させて硫化水素放出速度を低下させることにより、硫化水素放出速度の所定値に対応する臭気度合を上回るような臭気の発生が未然に防止される。この際、臭気を感じる限界値は車速に応じて変化することから、所定値は限界値として車速に応じて設定される。
請求項２に記載の発明に係る排気浄化装置では、請求項１において、所定値は車両の走行時よりも車両の走行停止時の方が小さく設定されることを特徴とする。
即ち、所定値は、車両走行時には臭気を感じる限界値が比較的高いために大きく設定され、車両走行停止時には当該限界値が小さいために小さく設定される。
【００１１】
好ましくは、排気空燃比を所定期間にわたり理論空燃比またはリッチ空燃比に維持する空燃比固定手段を更に備え、制御手段は、ＮＯｘ吸蔵触媒装置からの硫化水素放出速度が小さいときに空燃比固定手段を作動させる。
この好適態様では、空燃比固定手段の作動により排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になると、ＮＯｘ吸蔵触媒装置に吸蔵されていたＳ成分が放出され、これによりＮＯｘ吸蔵触媒装置のＳ被毒が軽減されてその浄化性能が回復する。また、空燃比固定手段の作動によりＳ成分ひいては硫化水素が放出されるものの、その作動は硫化水素放出速度が小さいときに限られるので、空燃比固定手段の作動中に臭気が発生するおそれは少ない。更に、空燃比固定手段の作動による内燃機関の理論空燃比運転またはリッチ空燃比運転が所定期間に限られるので、燃費悪化を来すおそれが少ない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態の排気浄化装置を装備した内燃機関を説明する。
本実施形態の内燃機関は、吸気行程での燃料噴射に加えて、圧縮行程や膨張行程での燃料噴射を必要に応じて実施可能な筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエンジンから構成されている。この筒内噴射型エンジンでの燃料噴射モードは、エンジン運転域の変化に応じて種々に変化し、これに伴って混合気の空燃比が超リーン空燃比からリッチ空燃比にわたって変化し、所要のエンジン出力を発生しつつ燃費及び排気特性の向上が図られる。この種の筒内噴射型エンジンは従来公知であるが、以下、簡略に説明する。
【００１３】
図１に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられている。燃料噴射弁６は、燃料タンク、低圧燃料ポンプおよび高圧燃料ポンプを有した燃料供給装置（図示略）に燃料パイプを介して接続され、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁６から燃焼室８内に所望の燃圧で直接に噴射できるようになっている。
【００１４】
シリンダヘッド２には各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成され、各吸気ポートは吸気マニホールド１０の一端に連通している。吸気マニホールド１０の他端側に設けられたスロットル弁１１には、スロットル開度θthを検出するスロットルセンサ１１ａが設けられている。また、シリンダヘッド２には各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成され、各排気ポートは排気マニホールド１２の一端に連通している。
【００１５】
排気マニホールド１２には排気管（排気通路）１４を介してマフラー（図示せず）が接続され、また、排気管１４には排気温度を検出する高温センサ１６が設けられている。
本実施形態の排気浄化装置は、エンジン１に近接して排気管１４内に配された小型の近接三元触媒２０と、排気管１４内において近接三元触媒２０の下流に配された排気浄化触媒装置３０とを有している。排気浄化触媒装置３０は、吸蔵型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵触媒装置）３０ａと、その下流に配された三元触媒（Ｈ₂Ｓ放出抑制触媒装置）３０ｂとを有している。参照符号３２は、三元触媒３０ｂの下流に配されＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ３２を表す。
【００１６】
吸蔵型ＮＯｘ触媒３０ａは、白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属からなる触媒種とバリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）等のアルカリ金属やアルカリ土類金属からなるＮＯｘ吸蔵剤とを含むものであって、酸化雰囲気においてＮＯｘを一旦硝酸塩Ｘ−ＮＯ₃として吸蔵する機能と、主としてＣＯの存在する還元雰囲気中においてＮＯｘをＮ₂（窒素）等に還元させる機能とを持つ。この吸蔵型ＮＯｘ触媒３０ａには、ＮＯｘのみならず、排ガス中に含まれる硫黄成分の酸化物ＳＯｘが硫酸バリウムＢａＳＯ₄などの硫酸塩Ｘ−ＳＯ₄として吸蔵される。下記の反応式に示すように、この硫酸塩Ｘ−ＳＯ₄は、吸蔵型ＮＯｘ触媒３０ａが還元雰囲気に晒されたときにＳＯ₂となり、この際に硫化水素（Ｈ₂Ｓ）が生成される。
【００１７】
ＢａＳＯ₄＋ＣＯ→ＢａＣＯ₃＋ＳＯ₂
ＳＯ₂＋Ｈ₂→Ｈ₂Ｓ＋Ｏ₂
ＮＯｘ触媒３０ａに硫酸塩が付着しているとそのＮＯｘ浄化効率が低下するので、硫酸塩の除去を企図して、一般には、ＮＯｘ触媒温度を上昇させると共に混合気をリッチ化する所謂強制Ｓパージが周期的に実施されるが、この際に異臭を放つＨ₂Ｓが生成される。また、車両の登坂路走行時や加速運転時のようにエンジン１が高負荷域で運転される場合、エンジン１がリッチ空燃比で運転されるとともにＮＯｘ触媒温度が上昇するので、硫酸塩からＳＯ₂が脱離して放出され、これに伴ってＨ₂Ｓが生成される（自然Ｓパージ）。
【００１８】
上記の反応式から明らかなように、Ｈ₂Ｓの生成量は、ＮＯｘ触媒３０ａへの硫酸塩（Ｓ成分）の付着量が増大するほど大きくなる。ＮＯｘ触媒へのＳ成分の付着量すなわち吸蔵量は、三元触媒の場合に比べて多く、ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化装置では多量のＨ₂Ｓが生成される傾向がある。
本実施形態では、強制Ｓパージ中や自然Ｓパージ中における大気へのＨ₂Ｓの放出を抑制するべく、三元触媒３０ｂに対してＨ₂Ｓ放出抑制剤としての酸化ニッケルを添加している。この酸化ニッケルは、下記の反応式に示すように、ＮＯｘ触媒３０ａから放出されたＨ₂Ｓを硫化ニッケルに転化させるように作用し、従って、酸化ニッケルを添加してなる三元触媒３０ｂはＨ₂Ｓを吸蔵する機能を奏することになる。斯く吸蔵されたＨ₂Ｓは、酸化雰囲気中で酸素と反応して臭気の少ないＳＯ₂に転化し放出される。
【００１９】
Ｈ₂Ｓ＋ＮｉＯ→ＮｉＳ＋Ｏ₂
ＮｉＳ＋３／２＊Ｏ₂→ＮｉＯ＋ＳＯ₂
上記の反応式から明らかなように、三元触媒３０ｂへの酸化ニッケルの添加量が多いほど、三元触媒３０ｂのＨ₂Ｓ吸蔵能力が高まるが、一方では、三元触媒３０ｂの三元機能が低下する傾向がある。
【００２０】
本実施形態では、ＮＯｘ触媒３０ａからＨ₂Ｓが多量に放出された場合にもＨ₂Ｓを吸蔵可能とするようなＨ₂Ｓ吸蔵能力を担保するべく、酸化ニッケルの添加量の下限値は、三元触媒３０ｂの容量１リットルあたり１０グラム以上、好ましくは１５グラム以上の値に定められる。また、三元触媒３０ｂの三元機能の低下を許容可能なものに留めるべく、酸化ニッケルの添加量の上限値は、３５グラム以下、好ましくは２５グラム以下の値に定められる。なお、酸化ニッケルに代えてニッケルを添加しても良く、この場合、ニッケルの添加量の上下限値は、酸化ニッケル添加量の上下限値に換算することにより求めることができる。更に、Ｈ₂Ｓ放出抑制剤として、Ｐｄ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｃｕなどを用いても良い。Ｈ₂Ｓ放出抑制剤の添加量は、添加剤の種類によってＨ₂Ｓ放出抑制が異なるためその好適値を異にするが、ＮＯｘ吸蔵剤添加量に対するモル比で３０％ないし３００％の範囲内の値が好適である。
【００２１】
上記のように構成された本実施形態の排気浄化装置によれば、エンジン１の冷態始動時などにおいても近接三元触媒２０が速やかに活性化されて排気浄化が行われ、また、エンジン１のリーン燃焼運転時にはＮＯｘ触媒３０ａによりＮＯｘが吸蔵される。更に、高負荷域でのエンジン運転に伴う自然Ｓパージ時には、ＮＯｘ触媒３０ａから放出されるＨ₂ＳがＮｉＯ添加の三元触媒３０ｂによりＮｉＳの形で吸蔵されて大気中へのＨ₂Ｓの排出が抑制される。
【００２２】
本実施形態の排気浄化装置は、ＮＯｘ触媒３０ａの所要のＮＯｘ浄化効率を維持するべく、強制Ｓパージ（より一般的にはＮＯｘ触媒からのＳ成分の放出を促す硫黄成分放出制御）を実施可能になっている。この強制Ｓパージは、排気浄化装置の制御手段の制御下で実施される。
本実施形態では、エンジン１の運転制御を司る電子コントロールユニット（ＥＣＵ）４０が、この制御手段の機能を併有している。
【００２３】
ＥＣＵ４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備え、その入力側にはスロットルセンサ１１ａ、クランク角センサ１３、高温センサ１６、ＮＯｘセンサ３２等の各種センサ類が接続され、その出力側には点火プラグ４や燃料噴射弁６等が接続されている。
【００２４】
エンジン運転制御に関連して、ＥＣＵ４０は、各種センサ類から入力した検出情報に基づいて燃料噴射モードを選択すると共に燃料噴射量や点火時期などを演算するようになっている。例えば、スロットルセンサ１１ａからのスロットル開度情報θthとクランク角センサ１３からのクランク角情報に基づいて検出したエンジン回転速度情報Ｎeとに基づいてエンジン負荷に対応する目標筒内圧（目標平均有効圧Ｐe）が求められ、この目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとに応じて燃料噴射モードが設定される。そして、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeとから設定される目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）に基づいて燃料噴射量が決定される。
【００２５】
本実施形態では、図２に示すＨ₂Ｓ放出抑制制御ルーチンがＥＣＵ４０により実施され、この制御ルーチンで強制Ｓパージを行うようにしている。なお、ＮＯｘパージのための空燃比制御がＥＣＵ４０の制御下で実施されるが、斯かる空燃比制御は従来公知であり、その説明を省略する。
図２のＨ₂Ｓ放出抑制制御ルーチンでは、Ｓパージ条件が成立しているか否かが判別される（ステップＳ１）。Ｓパージ条件は種々に設定可能であり、例えば、前回の強制Ｓパージが終了した時点からのリーン燃焼運転の合計実行時間が所定時間に達したときにＳパージ条件の成立を判別可能である。本実施形態では、ＮＯｘ触媒３０ａに吸蔵されたＳＯｘの推定量Ｑｓが所定量に達したときにＳパージ条件の成立を判別するようにしている。
【００２６】
このＳパージ条件判別にあたり、推定ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓが例えば次式（１）から求められる。
Ｑs＝Ｑs(n-1)＋ΔＱf・Ｋ−Ｒs …(1)
Ｋ＝Ｋ1・Ｋ2・Ｋ3 …(2)
Ｒs＝α・Ｒ1・Ｒ2・dＴ …(3)
ここで、Ｑs(n-1)は推定ＳＯｘ吸蔵量の前回値、ΔＱfは本制御ルーチンの実行周期当たりの燃料噴射積算量を示す。
【００２７】
Ｋは、上記の式（２）から演算される補正係数であり、空燃比Ａ／Ｆ、燃料中のＳ含有量および触媒温度Ｔcatのそれぞれに応じた被毒度合を表す３つのＳ被毒係数Ｋ１、Ｋ２及びＫ3の積で表される。
Ｒsは、制御ルーチン実行周期当たりの放出Ｓ量を示し、上記の式（３）から求められる。式（３）中、αは単位時間当たりの放出率（設定値）であり、dＴは燃料噴射制御ルーチンの実行周期を示し、Ｒ1及びＲ2は、触媒温度Ｔcatおよび空燃比Ａ／Ｆのそれぞれに応じた放出能力係数を示す。
【００２８】
触媒温度Ｔcatは、高温センサ１６により検出された排気温度を温度補正マップ（図示略）から読み出した補正係数および排気流速を用いて補正することにより求められる。温度補正マップは予め実験等により設定されるもので、この温度補正マップにおいて、定常時の触媒温度Ｔcatと排気温度との補正は、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとの関数で与えられる。
【００２９】
Ｓパージ条件の成立がステップＳ１で判別された場合、Ｓパージモードが設定されると共にＳパージモード設定時点からの経過時間を計測するタイマがリセットされてから起動される（ステップＳ２）。そして、Ｈ₂Ｓ放出速度すなわち時間に対するＨ₂Ｓ濃度の増加度合が所定値を上回っているか否かが判別される（ステップＳ３）。
【００３０】
Ｈ₂Ｓ放出速度は、センサにより検出される実際のＨ₂Ｓ放出速度情報から検出しても良いが、本実施形態では、エンジン回転数Ｎｅ、目標平均有効圧Ｐｅ、１吸気行程あたりの吸入空気量Ａ／Ｎ、車速、触媒温度Ｔcat、排気温度、エンジン冷却水温などの関数で表されるエンジン運転状態に基づいてＨ₂Ｓ放出速度を推定するようにしている。
【００３１】
すなわち、各種エンジン運転状態におけるＨ₂Ｓ放出速度を求める実験が行われ、実験結果に基づいてマップが予め作成され、ＥＣＵ４０の記憶装置に格納される。そして、ＥＣＵ４０の制御下でのエンジン運転中、このマップから、エンジン運転状態に応じたＨ₂Ｓ放出速度を求めることになる。
図示を省略するが、マップにおいて、一般には、エンジン回転数Ｎｅやエンジン負荷（目標平均有効圧Ｐｅ、吸入空気量Ａ／Ｎ）の増大ならびに触媒温度Ｔcatや排気温度の上昇につれてＨ₂Ｓ放出速度が増大するように、エンジン運転状態とＨ₂Ｓ放出速度とが関連づけられる。
【００３２】
Ｈ₂Ｓ放出速度の判定のための所定値は、排気管１４の出口付近にいる人々にＨ₂Ｓの臭気を感じさせるようなＨ₂Ｓ濃度の下限値に対応する値（以下、限界値という）に設定される。この限界値は、特に車速に応じて変化する。すなわち、車両走行時にはたとえ排気管１４からＨ₂Ｓが放出されたとしてもＨ₂Ｓは大気中へ速やかに拡散され、臭気を感じる限界値は比較的高くなる。一方、車両走行停止時にはＨ₂Ｓは拡散し難く、限界値は小さなものになる。従って、Ｈ₂Ｓ放出速度の所定値は車速に応じて設定することが好ましく、本実施形態では、車速の関数として表される限界値を予めマップ化しておき、車速に応じて定まる限界値をマップ（図示略）から読み出すようにしている。但し、Ｈ₂Ｓ放出速度の所定値を可変設定することは必須ではなく、固定値を用いても良い。
【００３３】
一般に、Ｓパージモード設定直後にあっては、Ｈ₂Ｓ放出速度は所定値を上回らず、ステップＳ３での判別結果は否定（Ｎｏ）になる。この様にＨ₂Ｓ放出速度が小さいという要件が満足された場合、Ｓパージ運転が行われる（ステップＳ４）。
Ｓパージ運転では、吸蔵型ＮＯｘ触媒３０ａを還元雰囲気に晒すべく、目標Ａ／Ｆを所定のリッチ空燃比（例えば１２）に設定してリッチ空燃比運転を実施し、排気空燃比をリッチ空燃比とする。また、点火時期を遅角させて排気ガス温度を上昇させ、これによりＮＯｘ触媒３０ａを昇温させる。この様なリッチ空燃比でのエンジン運転により、燃料の不完全燃焼が起こり、硫黄酸化物ＳＯｘの除去に必要な一酸化炭素や炭化水素が多量に発生してＮＯｘ触媒３０ａに供給され、点火時期の遅角制御による排気温度上昇に伴うＮＯｘ触媒温度の上昇と相まって、Ｓパージを促進する。
【００３４】
本実施形態では、上記のように設定される目標Ａ／Ｆに基づいてＥＣＵ４０により燃料噴射量が決定され、この燃料噴射量に対応する駆動信号に従って燃料噴射弁６が開閉駆動され、また、必要に応じて吸入空気量が調整される。従って、ＥＣＵ４０、燃料噴射弁６、吸入空気量調整に係る制御バルブ要素（図示略）ならびにＥＣＵ４０に内蔵のタイマにより、排気空燃比を所定期間にわたり理論空燃比またはリッチ空燃比に維持する空燃比固定手段が構成されることになる。
【００３５】
さて、Ｓパージの進行によってＳＯｘの放出が進むと、リッチ空燃比の下でＨ₂Ｓが生成されるが、ＮＯｘ触媒３０ａの下流に設けた三元触媒３０ｂに添加されている酸化ニッケルにより、Ｈ₂Ｓが硫化ニッケルに転化される。この様に、Ｈ₂Ｓが三元触媒３０ｂに吸蔵されるので、大気中へ放出される排ガス中のＨ₂Ｓ濃度が低減される。
【００３６】
Ｓパージ運転に係るステップＳ４に続いて、ステップＳ２で起動されたタイマによる経時時間を参照して、Ｓパージモードが所定時間（所定期間）にわたって維持されたか否かが判定される（ステップＳ５）。Ｓパージ維持時間が所定時間に満たなければ、ＮＯｘ触媒３０ｂからのＳ成分除去が充分に行われていないと判断してステップＳ３に戻る。尚、Ｓパージ運転の終了の判定は、推定ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓが所定量以下となることを条件として判定してもよい。
【００３７】
上記のようにＮＯｘ触媒３０ａでのＳ成分の還元に伴って発生するＨ₂Ｓは三元触媒３０ｂに吸蔵されるが、ＮＯｘ触媒３０ａに吸蔵されていたＳ成分量が多いなどの理由で、Ｓパージ運転中にＨ₂Ｓ放出速度が一時的に高まることがある。この場合、Ｈ₂Ｓ放出速度が所定速度を上回ったことがステップＳ３で判別されると、Ｈ₂Ｓ放出速度を低減するべく、Ｓパージ運転からＨ₂Ｓ放出抑制運転への切換えが行われる（ステップＳ６）。
【００３８】
このＨ₂Ｓ放出抑制運転では、ＥＣＵ４０により、目標Ａ／Ｆが理論空燃比を境として変調される。すなわち、図３に示すように、目標Ａ／Ｆは、所定周期Ｔcycle毎に、リッチ側の第１目標Ａ／Ｆまたはリーン側の第２目標Ａ／Ｆに交互に設定される。ここで、第１及び第２目標Ａ／Ｆは、Ｈ₂Ｓ放出抑制運転中における目標Ａ／Ｆの平均値をＳパージを促進可能な値（例えばスライトリッチである約１４．３或いはリッチ側の約１２）とするような値にそれぞれ設定される。そして、この様にして設定される目標Ａ／Ｆに基づいてＥＣＵ４０により燃料噴射量が決定され、この燃料噴射量データに従って燃料噴射弁６が開閉駆動され、また、必要に応じて吸入空気量が調整される。従って、ＥＣＵ４０は、燃料噴射弁６や吸入空気量調整に係る制御バルブ要素（図示略）と共に、ほぼ理論空燃比を基準にして排気空燃比をリッチ側とリーン側とに交互に変動させる空燃比変動手段を構成している。
【００３９】
上記のＨ₂Ｓ放出抑制運転は、三元触媒３０ｂに添加された酸化ニッケルのＨ₂Ｓ吸蔵・放出機能を最大限に活用することを企図したものである。すなわち、リッチ空燃比運転（還元雰囲気）での酸化ニッケルによるＨ₂Ｓ吸蔵作用（Ｈ₂Ｓ＋ＮｉＯ→ＮｉＳ＋Ｏ₂）が飽和する前にリッチ空燃比運転からリーン空燃比運転（酸化雰囲気）へ切換え、三元触媒３０ｂに硫化ニッケルの形で吸蔵されたＨ₂Ｓを臭気の少ないＳＯ₂に転化するものである（ＮｉＳ＋３／２＊Ｏ₂→ＮｉＯ＋ＳＯ₂）。
【００４０】
なお、リッチ空燃比とリーン空燃比の間で空燃比を所定周期で切り替える上記のＡ／Ｆ変調に代えて、所定のリッチ化時間にわたるリッチ空燃比運転と所定のリーン化時間にわたるリーン空燃比運転とを交互に実施するようにしても良い。この場合、三元触媒３０ｂに添加された酸化ニッケルによるＳ成分捕捉作用が飽和するに至る飽和時間、および、硫化ニッケルの形で捕捉したＳ成分をＳＯ₂として放出するのに要する放出時間が、エンジン運転状態などに応じて変化することを勘案して、リッチ化時間およびリーン化時間を設定することが好ましい。すなわち、好ましくは、リッチ化時間およびリーン化時間のそれぞれを、エンジン運転状態などに応じて決まる飽和時間および放出時間に等しい値に設定する。但し、リッチ化時間およびリーン化時間を固定値に設定してもＨ₂Ｓ抑制効果を得ることができる。
【００４１】
図４は、点火時期の遅角制御によるＮＯｘ触媒３０ａの温度上昇に伴う三元触媒３０ｂ下流の排ガス中のＨ₂Ｓ濃度の変化を、空燃比を一定値１４．３に維持した場合および平均空燃比が値１４．３となるようなＡ／Ｆ変調を行った場合について示す。図４からわかるように、一定の空燃比での機関運転の場合に比べて、機関運転中に空燃比をリッチ側とリーン側との間で周期的に切り替えるＡ／Ｆ変調を行うことにより、空燃比が同等であるにもかかわらず、Ｈ₂Ｓの放出が抑制されることが分かる。
【００４２】
ステップＳ６でのＨ₂Ｓ放出抑制運転が実施されると、排ガス中のＨ₂Ｓ濃度が減少し、従って、Ｈ₂Ｓ放出速度も減少する。このＨ₂Ｓ放出速度の低下により、Ｈ₂Ｓ放出に伴う臭気の度合が低減する。
ステップＳ６に続くステップＳ５ではＳパージモード設定時点から所定時間が経過したか否かが判別され、この判別結果が否定であれば、ステップＳ３に戻る。
【００４３】
この様にして、Ｓパージモード設定時点から所定時間が経過するまでは、Ｈ₂Ｓ放出速度が所定値を上回るか否かに応じて、Ｓパージ運転またはＨ₂Ｓ放出抑制運転が選択的に実施される。
そして、Ｓパージモード設定時点から所定時間が経過したことがステップＳ５で判別されると、ＮＯｘ触媒３０ａに吸蔵されていたＳ成分の放出、すなわちＮＯｘ触媒３０ａの浄化能力の再生が充分に行われたと判断され、Ｓパージモードが解除され（ステップＳ７）、強制Ｓパージ制御が終了する。
【００４４】
ステップＳ１においてＳパージ条件の不成立が判別されると、Ｈ₂Ｓ放出速度が所定値を上回っているか否かが判別される（ステップＳ８）。このステップＳ８での判定は上記ステップＳ３での判定と同様に行われるので、その説明を省略する。そして、Ｈ₂Ｓ放出速度が所定値を上回っていることがステップＳ８で判別されると、Ｈ₂Ｓ放出抑制運転が行われる（ステップＳ９）。ステップＳ９でのＨ₂Ｓ放出抑制運転は上記ステップＳ６のものと同様であり、その説明を省略する。以上のようにして、Ｓパージ運転中でない場合にも例えば自然ＳパージによってＨ₂Ｓ放出速度が増大するとＨ₂Ｓ放出抑制運転が実施されて、Ｈ₂Ｓの放出に伴う臭気の発生が未然に防止される。
【００４５】
本発明は、上記実施形態のものに限定されず、種々に変形可能である。
例えば、上記実施形態では、ＮＯｘ触媒３０ａからの硫黄成分の放出を促す硫黄成分放出制御（強制Ｓパージ）を実施するようにしたが、本発明の排気浄化装置は自然ＳパージによるＨ₂Ｓの放出に際しても、例えば上記実施形態のＡ／Ｆ変調（図２のステップＳ９）を実施することによりＨ₂Ｓ放出速度を抑制可能であるので、本発明で強制Ｓパージ（空燃比固定）を実施することは必須ではない。
【００４６】
また、実施形態では、排気浄化装置の触媒システムを、近接三元触媒とその下流に配された排気浄化触媒装置とで構成すると共に、排気浄化触媒装置のＮＯｘ触媒の下流に三元触媒をＨ₂Ｓ放出抑制触媒として設けたが、本発明において、この様な構成は必須でなく、排ガス中のＮＯｘを吸蔵、排出可能なＮＯｘ吸蔵触媒装置を備えたものであれば良い。そして、ＮＯｘ吸蔵触媒装置の下流にＨ₂Ｓ放出抑制触媒を具備しない排気浄化装置においても、ＮＯｘ吸蔵触媒装置からのＨ₂Ｓ放出速度に応じて例えば上記のＡ／Ｆ変調を実施することにより、放出Ｈ₂Ｓによる臭気の発生を抑制しつつ、Ｓ被毒されたＮＯｘ吸蔵触媒装置の浄化能力を再生可能である。
【００４７】
本発明において硫黄成分放出制御（強制Ｓパージ）を行う場合、強制Ｓパージのための制御手段は、実施形態のように、内燃機関に供給される混合気の空燃比をリッチ空燃比に制御する空燃比制御手段（空燃比固定手段）とＮＯｘ吸蔵触媒装置を昇温させる昇温制御手段とから構成可能であるが、これに限定されず、空燃比制御手段または昇温制御手段の一方からなる強制Ｓパージ制御手段を構成できる。
【００４８】
昇温制御手段は、実施形態のように、点火時期を遅角させる点火時期制御手段からなる構成としても良いが、これに限定されない。例えば、筒内噴射式の希薄燃焼内燃機関の場合には主たる燃料噴射に加えて膨張行程で追加燃料噴射を行わせる燃料噴射制御手段により昇温制御手段を構成可能である。また、昇温制御手段は、ＮＯｘ吸蔵触媒装置の温度が、その活性温度よりも高く且つＮＯｘ吸蔵触媒装置に吸蔵された硫黄成分の脱離に適した温度またはそれよりも低い設定温度以上になったときに、ＮＯｘ吸蔵触媒装置をアシスト的にさらに昇温するものでも良い。
【００４９】
強制Ｓパージ制御手段を備えた排気浄化装置によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒装置による硫黄成分（Ｓ成分）の吸蔵量が増大したときに硫黄成分放出制御（Ｓパージ）が行われ、この結果、ＮＯｘ吸蔵触媒装置がリッチ空燃比およびまたは高温の雰囲気に晒され、ＮＯｘ吸蔵触媒装置からのＳ成分の放出が促され、所要のＮＯｘ浄化効率が維持される。
【００５０】
また、強制Ｓパージ制御手段は、触媒再生情報または硫黄成分による被毒情報に応動するものでも良く、例えば、触媒再生情報に基づいて所定期間内における触媒再生頻度（硫黄成分の脱離が行われる頻度）が所定頻度よりも少ないことが判別されたとき、或いは、被毒情報から推定される被毒量が所定値よりも大きいときに、硫黄成分放出制御を行うもので良い。被毒情報は、希薄燃焼内燃機関の燃料消費量や運転時間（車両走行距離）から、または排ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサの出力から求めることができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の排気浄化装置は、機関運転状態に基づいて推定されるＮＯｘ吸蔵触媒装置からの硫化水素放出速度が車速に応じて設定された所定値よりも大きいときに空燃比変動手段を作動させ、これによりほぼ理論空燃比を基準にして排気空燃比をリッチ側とリーン側とに変動させるので、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）を含む排ガスの大気中への放出による臭気の発生を抑制しつつ、Ｓ被毒されたＮＯｘ触媒装置の浄化能力を再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による排気浄化装置を装備した内燃機関の概略図である。
【図２】図１に示した電子制御ユニットにより実施される強制Ｓパージ制御ルーチンのフローチャートである。
【図３】図３の制御ルーチンで実施されるＳパージ抑制運転のためのＡ／Ｆ変調における目標Ａ／Ｆの時間的変化を示す図である。
【図４】触媒温度上昇に伴う排ガス中のＨ₂Ｓ濃度の時間変化を、一定空燃比での機関運転およびＡ／Ｆ変調を伴う機関運転の双方について示す図である。
【符号の説明】
１エンジン（希薄燃焼内燃機関）
６燃料噴射弁（空燃比変動手段）
１４排気管（排気通路）
３０排気浄化触媒装置
３０ａＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵触媒装置）
３０ｂ三元触媒（Ｈ₂Ｓ放出抑制触媒装置）
４０電子制御ユニット（空燃比変動手段、制御手段）

Claims

車両に搭載された内燃機関の排気通路に設けられ、排気空燃比がリーン空燃比のときに排ガス中のＮＯｘを吸蔵すると共に吸蔵したＮＯｘを排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに放出するＮＯｘ吸蔵触媒装置と、
ほぼ理論空燃比を基準に排気空燃比をリッチ側とリーン側とに変動させる空燃比変動手段と、
上記内燃機関の運転状態に基づいて推定される上記ＮＯｘ吸蔵触媒装置からの硫化水素の放出速度が所定値より大きいときに上記空燃比変動手段を作動させる制御手段とを備え、
前記所定値は、車速に応じて設定されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記所定値は、前記車両の走行時よりも前記車両の走行停止時の方が小さく設定されることを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。