JP2003322010A

JP2003322010A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2003322010A
Application number: JP2002129925A
Authority: JP
Inventors: Toshisuke Toshioka; 俊祐利岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-05-01
Filing date: 2002-05-01
Publication date: 2003-11-14
Anticipated expiration: 2022-05-01
Also published as: JP3896893B2

Abstract

(57)【要約】【課題】排気上流側の保持剤において硫黄成分離脱処
理を行っても大気中に硫黄成分が放出されてしまうこと
のない排気浄化装置を提供する。【解決手段】機関排気通路上に上流側硫黄保持剤２３
と下流側硫黄保持剤２６とを具備し、上流側硫黄保持剤
２３の排気下流に下流側硫黄保持剤２６を配置し、これ
ら硫黄保持剤はそれぞれ硫黄離脱条件以外の条件におい
て排気ガス中に含まれる硫黄成分を保持すると共に硫黄
離脱条件において保持した硫黄成分を排気ガス中に放出
する排気浄化装置において、下流側硫黄保持剤２６がそ
の硫黄離脱条件に到達することがないように上流硫黄成
分保持剤２３をその硫黄離脱条件に到達させる上流側硫
黄離脱処理を実行することができる上流硫黄離脱手段を
さらに具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関において流入する排気ガスの空
燃比がリーンであるときに窒素酸化物（ＮＯ_x）を保持
し、流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると保持し
ているＮＯ_xを離脱させて排気ガス中の還元剤によりＮ
Ｏ_xを浄化することができるＮＯ _x保持剤が公知である。

【０００３】通常、ＮＯ_x保持剤は排気ガス中に硫黄酸
化物（ＳＯ_x）の形で含まれている硫黄成分を保持した
量が多くなるとＮＯ_x保持剤のＮＯ_x保持能力が低下す
る。したがって、ＮＯ_x保持剤のＮＯ_x保持能力を維持す
るためにＮＯ_x保持剤に保持されたＳＯ_x量が一定量近傍
となったときにＳＯ_x保持剤に保持されているＳＯ_xを離
脱させなければならない。

【０００４】一方、ＳＯ_xは大気汚染を促進する有害な
排気物質である。また、ＳＯ_x保持剤からＳＯ_xを離脱さ
せると、離脱したＳＯ_xの一部が排気ガス中のＨＣやＣ
Ｏと反応して硫化水素（Ｈ₂Ｓ）を生成する。このＨ₂Ｓ
は大量に存在すると強い臭気を放つ有害な排気物質であ
る。したがって、ＳＯ_xやＨ₂Ｓ等の硫黄成分を大気中に
放出すると大気中の特定領域の硫黄成分濃度が高くなっ
てしまう場合にはＮＯ_x保持剤からＳＯ_xを離脱させるべ
きではない。

【０００５】そこで、ＮＯ_x保持剤の排気後流にＳＯ_x保
持剤を配置した排気浄化装置が提案された。このような
排気浄化装置では、硫黄成分を大気中に放出すると大気
中の特定領域の硫黄成分濃度が高くなってしまう場合に
ＮＯ_x保持剤から離脱せしめられた硫黄成分をＳＯ_x保持
剤に保持させ、硫黄成分を大気中に放出しても大気中の
特定領域の硫黄成分濃度が高くならない場合にＳＯ_x保
持剤に保持させた硫黄成分を離脱させて、大気中に放出
させるようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
排気浄化装置では、ＮＯ_x保持剤から硫黄成分を離脱さ
せるための硫黄離脱処理を行うと、その硫黄離脱処理に
よってＮＯ_x保持剤がその硫黄離脱条件に到達するだけ
でなくＳＯ_x保持剤までもその硫黄離脱条件に到達して
しまってＳＯ_x保持剤にＳＯ_xが保持されず、よってＮＯ
_x保持剤から離脱せしめられた硫黄成分がＳＯ_x保持剤を
通過してそのまま大気中に放出されてしまうことがあっ
た。したがって、硫黄成分を大気中に放出すると大気中
の特定領域の硫黄成分濃度が高くなってしまう場合にも
大気中に硫黄成分が放出されてしまうことがあった。

【０００７】したがって本発明の目的は排気上流側の保
持剤において硫黄成分離脱処理を行っても大気中に硫黄
成分が放出されてしまうことのない排気浄化装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１の発明では、機関排気通路上に上流側硫黄保持
剤と下流側硫黄保持剤とを具備し、上流側硫黄保持剤の
排気下流に下流側硫黄保持剤を配置し、これら硫黄保持
剤はそれぞれ硫黄離脱条件以外の条件において排気ガス
中に含まれる硫黄成分を保持すると共に硫黄離脱条件に
おいて保持した硫黄成分を排気ガス中に放出する排気浄
化装置において、下流側硫黄保持剤がその硫黄離脱条件
に到達することがないように上流側硫黄保持剤をその硫
黄離脱条件に到達させる上流側硫黄離脱処理を実行する
ことができる上流硫黄離脱手段をさらに具備する。

【０００９】一般に、上流側硫黄保持剤の硫黄離脱条件
と下流側硫黄保持剤の硫黄離脱条件とは類似しているた
め、上流側硫黄保持剤をその硫黄離脱条件に到達させる
と下流側硫黄保持剤もその硫黄離脱条件に到達してしま
うことが多い。このため上流側硫黄保持剤をその硫黄離
脱条件に到達させると、上流側硫黄保持剤から離脱せし
められた硫黄成分はそのまま大気中に放出されてしま
う。これに対して第１の発明では、上流側硫黄保持剤の
硫黄離脱処理を実行し上流側硫黄保持剤がその硫黄離脱
条件に到達せしめられても下流側硫黄保持剤がその硫黄
離脱条件に到達しないため、上流側硫黄保持剤から離脱
せしめられた硫黄成分はほとんどが下流側硫黄保持剤に
保持される。

【００１０】第２の発明では、第１の発明において、硫
黄保持剤の硫黄離脱条件は排気ガスの空燃比がほぼ理論
空燃比またはリッチであって硫黄保持剤の温度が該硫黄
保持剤の硫黄離脱温度より高いことである。したがっ
て、上流側硫黄保持剤の硫黄離脱処理が行われるときに
は、上流側硫黄保持剤に流入する排気ガスの空燃比がほ
ぼ理論空燃比またはリッチにされると共に上流側硫黄保
持剤の温度がその硫黄離脱温度よりも高くされながら
も、下流側硫黄保持剤がその硫黄離脱条件に到達しない
ように、下流側硫黄保持剤に流入する排気ガスの空燃比
がリーンにされるかまたは下流側硫黄保持剤の温度がそ
の硫黄離脱温度よりも低くされる。

【００１１】第３の発明では、第２の発明において、上
流側硫黄離脱手段は上流側硫黄保持剤の排気下流であっ
て下流側硫黄保持剤の排気上流において排気ガス中に空
気を供給するための空気供給手段を有し、上記上流側硫
黄離脱処理を実行するときには下流側硫黄保持剤に流入
する排気ガスの空燃比がリーンとなるように空気供給手
段によって下流側硫黄保持剤に流入する排気ガス中に空
気を供給するようにした。第３の発明では、上流側硫黄
保持剤の硫黄離脱処理を実行したときに、上流側硫黄保
持剤から排出される排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比
またはリッチであったとしても、その排気ガスが下流側
硫黄保持剤に流入する前に排気ガスに空気が供給されて
排気ガスの空燃比がリーンとされるため、下流側硫黄保
持剤は硫黄離脱条件とならない。

【００１２】第４の発明では、第２の発明において、上
流側硫黄離脱手段は下流側硫黄保持剤の温度を制御する
ための温度制御手段を有し、上流側硫黄離脱処理を実行
するときには温度制御手段によって下流側硫黄保持剤の
温度がその硫黄離脱温度以下となるようにした。第４の
発明では、上流側硫黄保持剤の硫黄離脱処理を実行した
ときに、下流側硫黄保持剤の温度がその硫黄離脱温度以
下となるように調整されるため、下流側硫黄保持剤は硫
黄離脱条件とならない。なお、実際の温度制御手段とし
ては、上流側硫黄保持剤と下流側硫黄保持剤との間の排
気管の距離を長くし、排気ガスがこの排気管を通過する
間に排気ガスを冷却することや、上流側硫黄保持剤と下
流側硫黄保持剤との間の排気管を冷却する冷却ファンを
配置すること等が考えられる。また、第３の発明と同様
に排気ガス中に外気を導入することによっても排気ガス
を冷却することができる。

【００１３】第５の発明では、第２の発明において、下
流側硫黄保持剤に保持された硫黄成分を離脱させること
が許容される状態であるか否かを判定するための判定手
段と、下流側硫黄保持剤をその硫黄離脱条件に到達させ
る下流側硫黄離脱処理を実行することができる下流側硫
黄離脱手段とをさらに具備し、該判定手段によって硫黄
成分を離脱させることが許容される状態であると判定さ
れたときに下流側硫黄離脱手段によって下流側硫黄離脱
処理を実行するようにした。

【００１４】第５の発明によれば、下流側硫黄保持剤に
保持された硫黄成分を離脱させることが許容されると判
定された場合に、下流側硫黄保持の硫黄離脱処理を行う
ことによって硫黄成分が下流側硫黄保持剤から離脱せし
められて大気中に放出される。逆に言えば、例えば下流
側硫黄保持剤の硫黄離脱処理を実行していない状態で排
気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであった
り、下流側硫黄保持剤の温度が硫黄離脱温度近傍であっ
たりして効率的に下流側硫黄保持剤の硫黄離脱処理を実
行することができるような場合であっても、すなわち効
率的に下流側硫黄保持剤から硫黄成分を離脱させること
が可能であっても、硫黄成分を離脱させることが許容さ
れないと判定された場合には下流側硫黄保持剤の硫黄離
脱処理は実行されず、よって硫黄成分は硫黄保持剤から
離脱せしめられない。

【００１５】第６の発明では、第５の発明において、下
流側硫黄保持剤に保持された硫黄成分量を算出する硫黄
保持量算出手段をさらに具備し、上記判定手段によって
硫黄成分を離脱させることが許容される状況であると判
定されたときであっても硫黄保持量算出手段によって算
出された硫黄成分量が予め定められた量以下であるとき
には下流側硫黄離脱処理を実行しないようにした。

【００１６】硫黄保持剤の硫黄離脱処理を実行する場
合、上述したように排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比
またはリッチにすると共に硫黄保持剤の温度をその硫黄
離脱温度以上に昇温させなければならない。このような
操作をするためには例えば排気ガス中に未燃の燃料を含
有させたり、昇温装置で硫黄保持剤を昇温させたりす
る。ところが排気ガス中に未燃の燃料を含有させれば燃
費が悪化し、昇温装置を用いれば硫黄保持剤の昇温にエ
ネルギが消費されるため、硫黄離脱処理の回数は少ない
方がよい。これに対して第６の発明では、下流側硫黄保
持剤に保持された硫黄成分量が予め定められた量以下で
あるときには下流側硫黄離脱処理を実行しないため、下
流側硫黄離脱処理の実行回数が減り、燃費の悪化やエネ
ルギの消費を防止することができる。

【００１７】第７の発明では、第５または６の発明にお
いて、下流側硫黄離脱手段は上流側硫黄保持剤の排気下
流であって下流側硫黄保持剤の排気上流において排気ガ
ス中に還元剤を添加するための還元剤添加装置である。
一般に、硫黄離脱処理を行うために排気ガスの温度を上
げたり排気ガス中に未燃の燃料を含有させたりするの
に、内燃機関から排出される排気ガスの特性に関するパ
ラメータを変化させることが多い。ところが内燃機関か
ら排出される排気ガスの特性に関するパラメータを変化
させるには最適な運転状態にあった内燃機関を僅かに最
適な状態とは異なった状態で運転させなければならず、
このため内燃機関の安定性および出力性能が僅かながら
も低下する。これに対して、第７の発明では内燃機関か
ら排出される排気ガスの特性に関するパラメータを変化
させる必要がない。このため第７の発明の硫黄離脱処理
を行っても内燃機関の安定性および出力性能には何ら影
響を与えない。

【００１８】第８の発明では、第５〜７のいずれか一つ
の発明において、上流側硫黄保持剤をバイパスするバイ
パス通路と、該バイパス通路に流入する排気ガスと上流
側硫黄保持剤に流入する排気ガスとの割合を調整する割
合調整弁とをさらに具備し、下流側硫黄離脱処理が実行
されるときには機関本体から排出される排気ガスの少な
くとも一部がバイパス通路に流入するように割合調整弁
を調整するようにした。

【００１９】排気浄化手段の下流に硫黄成分保持剤を配
置する構成では、内燃機関から排出された排気ガスは上
流側硫黄保持剤を通過してから下流側硫黄保持剤に流入
する。この場合、下流側硫黄保持剤の硫黄離脱処理とし
て下流側硫黄保持剤をその硫黄離脱温度まで上昇させる
ように内燃機関から排出される排気ガスのパラメータを
制御すると、上流側硫黄保持剤もその影響を受けて必要
以上に高温になってしまう。これに対して第８の発明で
は、下流側硫黄保持剤の硫黄離脱処理が実行されるとき
に上流側硫黄保持剤がバイパスされる。このため内燃機
関から排出された排気ガスの少なくとも一部、好ましく
は全部が上流側硫黄保持剤を通らずに直接下流側硫黄保
持剤に流入するので、上流側硫黄保持剤が高温になって
しまうことが回避される。

【００２０】第９の発明では、第５〜８のいずれか一つ
の発明において、下流側硫黄保持剤に保持された硫黄成
分を離脱させることが許容される状態が硫黄成分保持剤
から大気に硫黄成分を放出したときに該放出せしめられ
た硫黄成分を含む局所的な大気中の硫黄成分濃度が予め
設定した濃度以下になると予想される状態である。大気
中の硫黄成分はその濃度が高くなると、例えばＨ₂Ｓが
強い臭気を放つ等の理由から環境汚染が促進される。こ
れに対して第９の発明によれば、離脱した硫黄成分を含
む局所的な大気中の硫黄成分濃度が予め設定した濃度以
下に抑えられることにより、硫黄成分による環境汚染を
最小限に抑えることができる。

【００２１】第１０の発明では、第１〜９のいずれか一
つの発明において、上記上流側硫黄保持剤に保持された
硫黄成分量が所定量以上になったときに上流側硫黄保持
剤の硫黄離脱処理が実行され、下流側硫黄保持剤が保持
可能な硫黄成分量は上流側硫黄保持剤の上記所定量より
も多い。第１０の発明によれば、下流側硫黄保持剤が保
持可能な硫黄成分量が上流側硫黄保持剤の上記所定量よ
りも多いため、上流側硫黄保持剤の硫黄離脱処理が行わ
れて硫黄成分が上流側硫黄保持剤から離脱せしめられた
場合、離脱された硫黄成分を下流側硫黄保持剤が全て保
持することができる。さらに、下流側硫黄保持剤が保持
可能な硫黄成分量が上流側硫黄保持剤の所定量の数倍で
あれば、下流側硫黄保持剤は上流側硫黄保持剤で硫黄離
脱処理が数回行われても上流側硫黄保持剤から離脱せし
められた硫黄成分を全て保持することができる。

【００２２】第１１の発明では、第１０の発明におい
て、上記上流側硫黄保持剤および下流側硫黄保持剤のう
ち、少なくとも上流側硫黄保持剤は排気ガスの空燃比が
リーンのときに排気ガス中のＮＯ_xを保持すると共に排
気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときに
保持したＮＯ_xを排気ガス中に離脱させて還元させるＮ
Ｏ_x保持剤の機能を有する。一般に、ＮＯ_x保持剤に保持
されるＮＯ_xの量とＮＯ_x保持剤に保持される硫黄成分の
量とは相互に影響する。すなわち、ＮＯ_x保持剤に保持
された硫黄成分の量が多ければＮＯ_x保持剤が保持可能
なＮＯ_xの量は少なくなり、ＮＯ_x保持剤に保持された硫
黄成分の量が少なければＮＯ_x保持剤が保持可能なＮＯ_x
の量は多くなる。したがって第１１の発明によれば、排
気浄化手段に保持される硫黄成分の量が常に所定量以下
に維持されることから、ＮＯ_x保持剤が保持可能なＮＯ_x
の量は、硫黄成分が所定量保持された場合にＮＯ_x保持
剤が保持可能なＮＯ_xの量以上に維持される。

【００２３】第１２の発明では、第１〜１１のいずれか
一つの発明において、上流側硫黄保持剤および下流側硫
黄保持剤のうち、少なくとも一方は排気ガス中の微粒子
を捕集することができるパティキュレートフィルタに担
持される。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の排
気浄化装置を説明する。図１は本発明の排気浄化装置を
備えた火花点火式内燃機関を示す。なお本発明は圧縮着
火式内燃機関にも適用可能である。

【００２５】図１および図２を参照すると、１は機関本
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は電気制御式燃料噴射弁、７
は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポ
ートを夫々示す。吸気ポート８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１
２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４
のコンプレッサ１５に連結される。

【００２６】吸気ダクト１３内にはステップモータ１６
により駆動されるスロットル弁１７が配置され、さらに
吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入
空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１
に示した内燃機関では冷却装置１８内に機関冷却水が導
かれ、この機関冷却水により吸入空気が冷却される。一
方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管
２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン
２１に連結され、排気タービン２１の出口は排気管２２
を介してＮＯ_x保持剤２３を内蔵したケーシング２４に
連結される。ＮＯ_x保持剤２３の上流側には、ＮＯ_x保持
剤２３の温度を検出するための温度センサ４９が取付け
られる。一方、ＮＯ_x保持剤２３の下流側には、排気管
２５を介して硫黄成分保持剤（以下、Ｓ保持剤と称す）
２６を内蔵したケーシング２７が連結される。Ｓ保持剤
２６の上流側には、Ｓ保持剤２６の温度を検出するため
の温度センサ５０が取付けられる。

【００２７】排気マニホルド１９とサージタンク１２と
は排気ガス再循環（以下、ＥＧＲ）通路２８を介して互
いに連結され、ＥＧＲ通路２８内には電気制御式ＥＧＲ
制御弁２９が配置される。またＥＧＲ通路２８周りには
ＥＧＲ通路２８内を流れるＥＧＲガスを冷却するための
冷却装置３０が配置される。図１に示した内燃機関では
冷却装置３０内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水
によりＥＧＲガスが冷却される。

【００２８】一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを
介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結
される。このコモンレール３１内へは電気制御式の吐出
量可変な燃料ポンプ３２から燃料が供給され、コモンレ
ール３１内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介し
て燃料噴射弁６に供給される。コモンレール３１にはコ
モンレール３１内の燃料圧を検出するための燃料圧セン
サ３３が取り付けられ、燃料圧センサ３３の出力信号に
基づいてコモンレール３１内の燃料圧が目標燃料圧とな
るように燃料ポンプ３２の吐出量が制御される。

【００２９】電子制御ユニット４０はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス４１により互いに接続され
たＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダ
ムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備
する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換
器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、温
度センサ４９、５０の出力信号は対応するＡＤ変換器４
７を介して入力ポート４５に入力される。

【００３０】アクセルペダル５１にはアクセルペダル５
１の踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５
２が接続され、負荷センサ５２の出力電圧は対応するＡ
Ｄ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。さ
らに、入力ポート４５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５３、および当該排気浄化装置の搭載された車両の
車速に応じた出力電圧を発生する車速センサ５４に接続
される。一方、出力ポート４６は、対応する駆動回路４
８を介して、燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステッ
プモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、および、燃料ポンプ
２８に接続される。

【００３１】ところで、吸気通路および燃焼室５内およ
び排気通路に供給された空気と燃料との比を排気ガスの
空燃比と称すると、本実施形態のＮＯ_x保持剤２３は後
述するメカニズムでＮＯ_x保持剤２３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Ｎ
Ｏ_xを保持し、排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比また
はリッチのときには保持しているＮＯ_xを排気ガス中に
離脱させる。離脱したＮＯ_xは、排気ガスの空燃比がほ
ぼ理論空燃比またはリッチであるときに排気ガス中に含
まれる還元剤（例えばＨＣ、ＣＯ）によって還元浄化さ
れる。

【００３２】一方、このようなＮＯ_x保持剤２３では排
気ガス中のＮＯ_xだけでなく硫黄成分も保持してしま
う。このためＮＯ_x保持剤２３を硫黄成分保持剤と称す
ることもできる。特にＮＯ_x保持剤２３は後述するメカ
ニズムでＮＯ_x保持剤２３に流入する排気ガスの空燃比
がリーンのときまたは排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃
比またはリッチであってＮＯ_x保持剤２３の温度がＮＯ_x
保持剤２３の硫黄成分の離脱温度（以下、Ｓ離脱温度と
称す）よりも低いときには排気ガス中に含まれる硫黄成
分を保持し、排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比または
リッチであってＮＯ_x保持剤２３の温度がＮＯ_x保持剤２
３のＳ離脱温度よりも高いときには保持している硫黄成
分を離脱させる。離脱した硫黄成分は排気ガス中に放出
され、ＮＯ_x保持剤の後流へまたは大気中へ放出され
る。

【００３３】このようなＮＯ_x保持剤２３は排気ガス中
に含まれるＮＯ_xを無限に保持することができるわけで
はなく、ＮＯ_x保持剤２３がＮＯ_xを保持できるＮＯ_x保
持能力は決まっている。このため、定期的にＮＯ_x離脱
処理、すなわち排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比また
はリッチにする制御を行い、ＮＯ_x保持剤からＮＯ_xを離
脱させて還元させる。さらに、ＮＯ_x保持剤２３に保持
された硫黄成分がＮＯ_x保持能力に影響を及ぼす。より
詳細には、ＮＯ_x保持剤２３に保持された硫黄成分量が
多ければ多いほど、ＮＯ_x保持剤２３のＮＯ_x保持能力は
低下し、ＮＯ_x保持剤が保持することができるＮＯ_x量は
少なくなる。

【００３４】したがってＮＯ_x保持剤２３のＮＯ_x保持能
力を維持するためには、ＮＯ_x保持剤２３に保持された
硫黄成分量を常に少量に抑える必要がある。このため、
ＮＯ _x保持剤２３に保持された硫黄成分量が所定量を超
えたときに硫黄成分の離脱処理（以下、Ｓ離脱処理と称
す）を行うことによって硫黄成分が離脱される。Ｓ離脱
処理では排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッ
チにすると共にＮＯ_x保持剤２３の温度をＮＯ_x保持剤２
３のＳ離脱温度にまで上昇させる制御を行うことによっ
てＮＯ_x保持剤２３から硫黄成分を離脱させる。

【００３５】ＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理は以下のよ
うにして行われる。上述したようにＮＯ_x保持剤２３の
Ｓ離脱処理では、ＮＯ_x保持剤２３に流入する排気ガス
の空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすると共にＮ
Ｏ_x保持剤２３の温度をそのＳ離脱温度以上にまで上昇
させる。ＮＯ_x保持剤２３の温度を上昇させるには、内
燃機関の燃焼室に燃料を噴射するタイミングを遅らせた
り、内燃機関の燃焼室に機関駆動用の燃料を噴射した後
に少量の燃料を噴射して燃焼させたり、また、燃焼室内
の燃料に点火するための点火栓が設けられている場合に
はこの点火栓による燃料の点火タイミングを遅らせたり
することによってＮＯ_x保持剤２３に流入する排気ガス
の温度を上昇させる。温度の上昇した排気ガスがＮＯ_x
保持剤２３に流入することによって、ＮＯ_x保持剤２３
の温度が上昇する。

【００３６】あるいは、ＮＯ_x保持剤２３の温度を上昇
させるには、内燃機関の燃焼室に機関駆動用の燃料を噴
射した後に少量の燃料を噴射し、その燃料を燃焼させず
にそのまま燃焼室から排出させたり、内燃機関の燃焼室
に機関駆動用の燃料を多めに噴射したりすることによっ
て排気ガス中に未燃の燃料を混入させる。このような未
燃の燃料がＮＯ_x保持剤２３内で燃焼せしめられること
によってＮＯ_x保持剤２３の温度が上昇する。このよう
にしてＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理では内燃機関から
排出される排気ガスのパラメータ（例えば空燃比、温
度）を変化させることによって行われる。

【００３７】ところで、ＮＯ_x保持剤から離脱せしめら
れた硫黄成分はＳＯ_xとして、あるいはＨ₂Ｓとして大気
中へと放出される。これらＳＯ_xやＨ₂Ｓの硫黄成分は有
害な大気汚染物質であり、特に大気中の局所的な領域の
硫黄成分濃度が高いと強い臭気を放ったり、人体に悪影
響を及ぼしたりする。上述したようにＮＯ_x保持剤に保
持されている硫黄成分量が所定量を超えるという要因に
よってＳ離脱処理を行うと、例えばＮＯ_x保持剤を搭載
した車両が停止している場合や低速走行している場合
等、硫黄成分を放出すると大気中の局所的な領域の硫黄
成分濃度が高くなってしまう場合でもＳ離脱処理が行わ
れ、よって大気中の局所的な領域の硫黄成分濃度が高く
なってしまっていた。

【００３８】これに対して、ＮＯ_x保持剤２３の排気下
流に硫黄成分保持剤（以下、Ｓ保持剤と称す）２６を配
置することが検討されている。Ｓ保持剤２６はＮＯ_x保
持剤２３と同様にＳ保持剤２６に流入する排気ガスの空
燃比がリーンであるときおよび排気ガスの空燃比がほぼ
理論空燃比またはリッチであってＳ保持剤２６の温度が
Ｓ保持剤２６のＳ離脱温度よりも低いときには排気ガス
中に含まれる硫黄成分を保持し、排気ガスの空燃比がほ
ぼ理論空燃比またはリッチであってＳ保持剤２６の温度
がＳ保持剤２６のＳ離脱温度よりも高いときには保持し
ている硫黄成分を離脱させる。離脱した硫黄成分は排気
ガス中に放出され、Ｓ保持剤の後流へまたは大気中へ放
出される。

【００３９】このようなＳ保持剤２６はＮＯ_x保持剤２
３のＳ離脱処理を行ったときに離脱された硫黄成分が大
気中に放出されてしまうことのないように、ＮＯ_x保持
剤２３から離脱された硫黄成分を保持することを目的と
して配置される。ところが、ＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱
処理を行うと、ＮＯ_x保持剤２３がＳ離脱条件に到達す
るだけでなく、Ｓ保持剤もＳ離脱条件に到達してしまう
ことがある。すなわち、上述したようにＮＯ_x保持剤２
３のＳ離脱処理を行うと、ＮＯ_x保持剤２３には高温で
未燃の燃料を含んだ排気ガスが流入する。そしてこの排
気ガスは未燃の燃料の一部が燃焼せしめられることによ
りより高温になり、また未燃の燃料の残りが排気ガス中
に存在したままになるため、ＮＯ_x保持剤から排出され
る排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比またはリッチであ
る。このようなＮＯ_x保持剤２３から排出された排気ガ
スは非常に高温であるため、ＮＯ_x保持剤２３から排出
されてからＳ保持剤２６に流入するまでに温度が低下し
たとしても、Ｓ保持剤２６に流入するときにはまだＳ保
持剤２６のＳ離脱温度以上である。

【００４０】これに対して、本発明の第一実施形態の排
気浄化装置では、Ｓ保持剤２６の温度を制御するための
温度制御手段として排気管２５の長さが長くされてい
る。これによりＮＯ_x保持剤２３とＳ保持剤２６との間
の距離が長くなり、排気ガスがＮＯ_x保持剤２３から排
出されてからＳ保持剤２６に流入するまでに排気ガスの
温度がＳ保持剤２６のＳ離脱温度よりも低くなる。逆
に、排気管２５の長さは排気管２５を通る排気ガスの温
度が排気管２５通過中にＳ保持剤２６のＳ離脱温度より
も低い温度にまで低下せしめられるような長さである。
これにより、Ｓ保持剤２６に流入する排気ガスの温度は
Ｓ保持剤２６のＳ離脱温度よりも低くなるため、Ｓ保持
剤２６に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比ま
たはリッチであったとしても、Ｓ保持剤２６に流入した
排気ガス中の硫黄成分はＳ保持剤２６に保持される。

【００４１】ここで、Ｓ保持剤２６が保持可能な硫黄成
分量はＮＯ_x保持剤２３の上記所定量よりも多い。この
ため、ＮＯ_x保持剤２３の硫黄離脱処理が行われて硫黄
成分がＮＯ_x保持剤２３から離脱せしめられた場合、Ｓ
保持剤２６は離脱された硫黄成分を全て保持することが
できる。さらに、Ｓ保持剤２６が保持可能な硫黄成分量
がＮＯ_x保持剤２３の上記所定量の数倍であれば、Ｓ保
持剤２６はＮＯ_x保持剤２３で硫黄離脱処理が数回行わ
れてもＮＯ_x保持剤２３から離脱せしめられた硫黄成分
を全て保持することができる。

【００４２】Ｓ保持剤２６に保持された硫黄成分はＳ保
持剤２６のＳ離脱処理を行うことによって離脱せしめら
れる。Ｓ保持剤２６では大気中に硫黄成分を放出するこ
とが許容されない場合、すなわち硫黄成分を放出すると
少なくとも放出直後に硫黄成分が放出された辺りの大気
中の局所的な領域の硫黄成分濃度が比較的高い濃度にな
ってしまうと予想される場合にはＳ保持剤２６のＳ離脱
処理が実行されない。逆に、大気中に硫黄成分を放出す
ることが許容される場合、言い換えると硫黄成分を放出
しても少なくとも放出直後に硫黄成分が放出された辺り
の大気中の局所的な領域の硫黄成分濃度が高い濃度には
ならないと予想される場合、すなわち離脱した硫黄成分
を含む局所的な大気中の硫黄成分濃度が予め設定した濃
度以下になると予想される場合にはＳ保持剤２６のＳ離
脱処理が実行される。

【００４３】このように本実施形態ではＮＯ_x保持剤２
３に保持された硫黄成分が所定量を超えるとＮＯ_x保持
剤２３から硫黄成分が離脱せしめられるにも関わらず、
大気中に硫黄成分を放出することが許容されない場合に
は硫黄成分は大気中に放出されない。すなわち、本発明
によればＮＯ_x保持剤２３に保持される硫黄成分量を所
定量以下に維持しながらも、大気中の局所的な領域の硫
黄成分濃度を高くしてしまうことがない。

【００４４】なお、本実施形態ではＳ保持剤２３から大
気中に硫黄成分を放出することが許容される場合である
か否かを当該排気浄化装置を搭載した車両の車速に応じ
て判定する。すなわち、一般に車両が比較的低速で走行
している場合や停止している場合に大気中に硫黄成分を
放出すると、放出された硫黄成分は大気中の局所的な領
域に滞留し、このため上記局所的な領域の硫黄成分濃度
が高くなってしまう。したがって、当該排気浄化装置を
搭載している車両が比較的高速で走行している場合には
大気中に硫黄成分を放出してもよいが、車両が比較的低
速で走行している場合および停止している場合には大気
中に硫黄成分を放出すべきではない。したがって本実施
形態では、当該排気浄化装置を搭載した車両の車速を測
定するための車速センサ５４によって測定された車速が
所定速度以上である場合を大気中に硫黄成分を放出する
ことが許容される場合とし、測定された車速が所定速度
より小さい場合を大気中に硫黄成分を放出することが許
容されない場合とする。

【００４５】また、後述するようにＳ保持剤２６のＳ離
脱処理を実行すると燃料消費量が増加する。一方、Ｓ保
持剤２６が保持可能な硫黄成分量よりも少ない予め定め
られた量である基準量を設け、大気中に硫黄成分を放出
することが許容される場合であって且つＳ保持剤２６に
保持された硫黄成分量がこの基準量以上である場合にの
みＳ保持剤２６のＳ離脱処理を実行することで、Ｓ保持
剤２６のＳ離脱処理を実行する回数を減らすことができ
る。そこで、第一実施形態において、このような場合に
のみＳ保持剤２６のＳ離脱処理を実行するようにしても
よい。なお、以下の説明では、こうした場合の実施形態
について説明する。

【００４６】次に、第一実施形態におけるＳ保持剤２６
のＳ離脱処理について説明する。第一実施形態の排気浄
化装置では排気管２５のＳ保持剤２６近傍に還元剤とし
て燃料を添加（または噴射）する燃料噴射装置６０が配
置され、Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を行うときには排気
管２５を通る排気ガス中に燃料噴射装置６０から燃料が
噴射される。これによりＳ保持剤２６のＳ離脱処理を行
うときにはＳ保持剤２６に流入する排気ガスの空燃比は
内燃機関から排出される排気ガスの空燃比に関わらずリ
ッチである。また、燃料噴射装置６０から噴射された燃
料がＳ保持剤２６内で燃焼するため、Ｓ保持剤２６の温
度は上昇し、Ｓ保持剤２６のＳ離脱温度に達する。この
ように燃料噴射装置６０から燃料が噴射されることによ
って排気ガスの空燃比がリッチにされ且つＳ保持剤２６
の温度がＳ離脱温度以上に上昇せしめられ、Ｓ保持剤２
６から硫黄成分が離脱せしめられる。

【００４７】ところで、通常Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理
を行うにはＮＯ_x保持剤２３におけるＳ離脱処理と同様
に、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上げた
り、その排気ガス中に未燃の燃料を含有させたりするこ
とによってＳ保持剤２６の温度を上昇させていた。とこ
ろが、このような方法でＳ保持剤２６の温度を上昇させ
ようとすると、Ｓ保持剤２６の上流に配置されたＮＯ_x
保持剤２３は高温で未燃の燃料を多量に含んだ排気ガス
と最初に接触するため、Ｓ保持剤２６以上に温度が上昇
してしまう。Ｓ保持剤２６の温度をＳ保持剤２６のＳ離
脱温度にまで上昇させると、ＮＯ_x保持剤２３はＳ保持
剤２６のＳ離脱温度以上の極端な高温になってしまう。
ＮＯ_x保持剤２３が必要以上に高温になると、熱劣化等
によりＮＯ_x保持剤２３の浄化性能が低下してしまった
り、ＮＯ_x保持剤２３の不必要な昇温のために燃料を消
費してしまったりといった問題が生じる。

【００４８】これに対して本実施形態では、Ｓ保持剤２
６のＳ離脱処理においてＮＯ_x保持剤２３の下流に配置
された燃料噴射装置６０から燃料が噴射されるのでＮＯ
_x保持剤２３の温度が上昇することはなく、またＮＯ_x保
持剤２３の昇温に燃料が消費されてしまうこともない。
一方、本実施形態の排気浄化装置ではＳ保持剤２６のＳ
離脱処理を実行してもＮＯ_x保持剤２３は昇温されない
ことから、Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理実行時にはＮＯ_x
保持剤２３からは硫黄成分が離脱せしめられない。

【００４９】また、上述したようなＮＯ_x保持剤２６の
Ｓ離脱処理では、内燃機関から排出される排気ガスの温
度が上がるように、またはその排気ガス中に未燃の燃料
を含有させるように内燃機関が運転せしめられる。とこ
ろが、このように内燃機関を運転させる場合、内燃機関
の燃焼室に燃料を噴射するタイミングを遅らせたり点火
栓による燃料の点火タイミングを遅らせたりしているた
め、機関回転数や負荷等に応じた内燃機関の最適な運転
状態とは僅かに異なった運転状態で内燃機関が運転され
る。このような運転状態で内燃機関が運転されると、最
適な運転状態である場合に比べて内燃機関の安定性およ
び出力性能が低下してしまう。

【００５０】これに対して本実施形態では、排気管２５
を通る排気ガスに燃料が噴射されるだけなので、Ｓ保持
剤２６のＳ離脱処理を行うのに燃料を噴射するタイミン
グや燃料の点火タイミングを変更する必要がない。した
がってＳ保持剤２６のＳ離脱処理を実行しても、内燃機
関の安定性および出力性能が低下してしまうことが防止
される。

【００５１】次に、第一実施形態におけるＮＯ_x保持剤
２３およびＳ保持剤２６から硫黄成分を離脱させて大気
中に放出するためのＳ放出制御について説明する。本実
施形態では、硫黄保持量算出手段によってＮＯ_x保持剤
２３およびＳ保持剤２６にそれぞれ保持された硫黄成分
量Ｈ_noxおよびＨ_sが算出される。これら硫黄成分量の算
出は以下のように行われる。燃料噴射量、燃料中の硫黄
成分の割合等が測定され、測定された値に基づいて内燃
機関から単位時間当たりに排出される排気ガス中の硫黄
成分量が算出される。算出された値はＮＯ_x保持剤２３
に保持されている硫黄成分量Ｈ_noxに加算される。こう
してＮＯ_x保持剤２３に保持されている硫黄成分量Ｈ_nox
が推定される。この硫黄成分量Ｈ_noxはＮＯ_x保持剤２３
のＳ離脱処理が実行されると零にリセットされ、代わり
にその時のＨ_noxの値がＳ保持剤２３に保持されている
硫黄成分量Ｈ_sに加算される。一方、Ｓ保持剤２３の離
脱処理が実行されると、Ｓ保持剤２６から硫黄成分が離
脱せしめられるためＨ_sが零にリセットされる。

【００５２】Ｓ放出制御ではＮＯ_x保持剤２３に保持さ
れている硫黄成分量Ｈ_noxが上記所定量Ｈ_pnox以上であ
る場合にはＮＯ_x保持剤２３から硫黄成分を離脱させな
ければならず、ＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理が行われ
る。一方、ＮＯ_x保持剤２３に保持されている硫黄成分
量Ｈ_noxが上記所定量Ｈ_pnoxより少ない場合にはＮＯ_x保
持剤２３から硫黄成分を離脱させる必要はないため、Ｎ
Ｏ_x保持剤２３のＳ離脱処理は実行されない。

【００５３】次いで、Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を行う
か否かが大気中に硫黄成分を放出することが許容される
場合であるか否かによって決定され、大気中に硫黄成分
を放出することが許容される場合、すなわち当該排気浄
化装置を搭載した車両の車速Ｓが所定速度Ｓ_p以上であ
る場合にはＳ保持剤２６のＳ離脱処理が実行され、大気
中に硫黄成分を放出することが許容されない場合、すな
わち車両の車速Ｓが所定速度Ｓ_pよりも小さい場合には
Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理は実行されない。ただし、車
両の車速Ｓが上記所定速度Ｓ_p以上であるときに常にＳ
保持剤２６のＳ離脱処理を行うと例えば高速道路等の高
速運転時に常にＳ保持剤２６のＳ離脱処理が行われるこ
とになってしまう。Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を行う場
合には燃料噴射装置６０から燃料が噴射されるので、Ｓ
保持剤２６のＳ離脱処理を長時間続けて行うと燃費が悪
化してしまう。このため、車両の車速Ｓが上記所定速度
Ｓ _p以上であっても、Ｓ保持剤２６に保持されている硫
黄成分量Ｈ_sが予め定められた量である基準量Ｈ_ps以下
である場合にはＳ保持剤２６のＳ離脱処理を行わない。
これにより燃費の悪化等が防止される。

【００５４】なお、上記実施形態では大気中に硫黄成分
を放出することが許容されない場合を当該排気浄化装置
を搭載している車両が比較的低速で走行している場合や
停止している場合であるとしたが、トンネル内や工業地
帯等、大気中に硫黄成分を放出する前から大気中の硫黄
成分の濃度が高く、大気中に少量の硫黄成分を放出した
だけで局所的な領域の硫黄成分が予め設定した濃度より
高くなってしまうような場合等も考えられる。

【００５５】また、上記第一実施形態では温度制御手段
として排気管２５の長さを長くすることを挙げたが、排
気管２５の外部に冷却ファンを配置すること等、排気管
２５からＳ保持剤２６に流入する排気ガスの温度を下げ
るとができれば如何なる形態であってもよい。

【００５６】さらに、Ｓ保持剤２６はＮＯ_x保持剤であ
ってもよい。この場合、ＮＯ_x保持剤２３においてわず
かでもＮＯ_xを浄化できなかった場合に、浄化できなか
ったＮＯ_xをＳ保持剤２６において浄化することができ
る。この場合でもＳ保持剤２６に流入するＮＯ_xは少量
であり、よってＳ保持剤２６に保持される硫黄成分の量
をＮＯ_x保持剤２３のように所定量以下に抑える必要が
ないため、Ｓ保持剤２６ではＮＯ_x保持剤２３よりも多
くの硫黄成分を保持可能である。

【００５７】あるいはＳ保持剤２６は排気ガス中の微粒
子を捕集することができるパティキュレートフィルタに
硫黄成分を保持する機能をもたせたものであってもよ
い。また、ＮＯ_x保持剤２３が排気ガス中の微粒子を捕
集することができるパティキュレートフィルタにＮＯ_x
および硫黄成分を保持する機能をもたせたものであって
もよい。このようなパティキュレートフィルタでは硫黄
成分やＮＯ_xを保持する機能の他に内燃機関から排出さ
れる微粒子も同時に捕集することが可能である。また、
パティキュレートフィルタは、パティキュレートフィル
タ内で連続的に生成される活性酸素によってパティキュ
レートフィルタに捕集された微粒子を連続的に酸化する
ことができるのが好ましい。このようなパティキュレー
トフィルタにより、排気ガスをより効果的に浄化するこ
とができる。

【００５８】次に図３を参照して第一実施形態における
Ｓ放出制御ルーチンについて説明する。まずステップ１
０１においてＮＯ_x保持剤２３に保持された硫黄成分量
Ｈ_noxが所定量Ｈ_pnox以上であるか否かが判定され、硫
黄成分量Ｈ_noxが所定量Ｈ_pnoxより小さいと判定された
場合にはステップ１０４へと進む。ステップ１０１にお
いて硫黄成分量Ｈ_noxが所定量Ｈ_pnox以上であると判定
された場合にはステップ１０２へと進む。ステップ１０
２ではＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理が実行される。次
いでステップ１０３ではＮＯ_x保持剤２３に保持された
硫黄成分量Ｈ_noxがＳ保持剤２６に保持された硫黄成分
量Ｈ_sに加算され、その後硫黄成分量Ｈ_noxが零にリセッ
トされ、ステップ１０４へと進む。

【００５９】ステップ１０４ではＳ保持剤２６に保持さ
れた硫黄成分量Ｈ_sが基準量Ｈ_ps以上であるか否かが判
定され、硫黄成分量Ｈ_sが基準量Ｈ_psよりも少ないと判
定された場合にはＳ放出制御ルーチンが終了せしめられ
る。ステップ１０４で硫黄成分量Ｈ_sが基準量Ｈ_ps以上
であると判定された場合にはステップ１０５へと進み、
当該排気浄化装置を搭載した車両の速度Ｓが所定速度Ｓ
_p以上であるか否かが判定される。車両の速度Ｓが所定
速度Ｓ_pよりも小さいと判定された場合にはＳ放出制御
ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１０５に
おいて車両の速度Ｓが所定速度Ｓ_p以上であると判定さ
れた場合にはステップ１０６へと進む。ステップ１４６
ではＳ保持剤２６のＳ離脱処理が実行され、燃料噴射装
置６０から燃料が噴射される。次いで、ステップ１０７
ではＳ保持剤２６に保持された硫黄成分量Ｈ_sが零にリ
セットされ、Ｓ放出制御ルーチンが終了せしめられる。

【００６０】次に、図４を参照して本発明の第二実施形
態について説明する。第二実施形態の排気浄化装置の構
成は第一実施形態の排気浄化装置の構成とほぼ同一であ
るが、第二実施形態の排気浄化装置では排気管６１の長
さが第一実施形態の排気管の長さ２５に比べて短く、通
常の排気管と同様な長さであり、この排気管６１には排
気管６１を通過する排気ガス中に空気を供給する空気供
給装置６２が設けられる。さらに第二実施形態の排気浄
化装置では、ＮＯ_x保持剤２３をバイパスするバイパス
通路７０と、このバイパス通路７０とＮＯ_x保持剤２３
との分岐部に配置される流量調整弁７１とが設けられ
る。

【００６１】ＮＯ_x保持剤２３の排気下流であってＳ保
持剤２６の排気上流に設けられた空気供給手段６２はＮ
Ｏ_x保持剤２３のＳ離脱処理を行うときに、ＮＯ_x保持剤
２３から排出された排気ガスがＳ保持剤２６に流入する
前にこの排気ガス中に空気を供給する。このため、ＮＯ
_x保持剤２３から排出された排気ガスの空燃比に関わら
ず、Ｓ保持剤２６に流入する排気ガスの空燃比をリーン
にすることができる。排気ガスの空燃比がリーンとなれ
ば、Ｓ保持剤２６はそのＳ離脱条件に到達することがな
く、よってＳ保持剤２６を通る排気ガス中の硫黄成分を
保持する。したがって、本発明の第二実施形態の排気浄
化装置によれば、ＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理を行う
ときに、上述した第一実施形態におけるＮＯ_x保持剤２
３のＳ離脱処理に加えて、空気供給手段６２から排気管
６１を流れる排気ガス中に空気を供給することによっ
て、ＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理を行っても大気中に
硫黄成分が放出されてしまうことがなくなる。

【００６２】一方、バイパス通路７０とＮＯ_x保持剤２
３との分岐部に配置された流量調整弁７１はバイパス通
路７０とＮＯ_x保持剤２３とに流入する流量を調整す
る。言い換えると、流量調整弁７１はバイパス通路７０
とＮＯ_x保持剤２３とに流入する排気ガスの割合を調整
する割合調整弁と称することもできる。より詳細には流
量調整弁７１が図４に点線で示した第一の位置にあると
きには内燃機関から排出された排気ガスはＮＯ_x保持剤
２３を通り、その後Ｓ保持剤２６に流入する。一方、流
量調整弁７１が図４に実線で示した第二の位置にあると
きには内燃機関から排出された排気ガスはＮＯ_x保持剤
２３をバイパスしてＳ保持剤２６に流入する。流量調整
弁７１はＳ保持剤２６のＳ離脱処理を実行するとき以外
は第一の位置にある。

【００６３】Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を実行すると、
まず流量調整弁７１が第二の位置に移動せしめられ、こ
れにより内燃機関から排出された排気ガスはＮＯ_x保持
剤２３をバイパスしてＳ保持剤２６に流入せしめられ
る。次いで、第一実施形態におけるＮＯ_x保持剤２３の
Ｓ離脱処理と同様に内燃機関から排出される排気ガスの
温度が上昇せしめられたり、排気ガス中に未燃の燃料が
混入せしめられたりする。このとき排気ガスが直接Ｓ保
持剤２６に流入せしめられるため、ＮＯ_x保持剤２３を
昇温してしまうことがない。したがってＳ保持剤２６の
Ｓ離脱処理を行うときには上述した第一実施形態のＮＯ
_x保持剤２３のＳ離脱処理と同様な処理に加えて、流量
調整弁７１を第二の位置に移動させることにより、高温
で未燃の燃料を含んだ排気ガスがＳ保持剤２６に流入
し、これによりＳ保持剤２６に保持された硫黄成分が離
脱せしめられる。したがって、第二実施形態によれば、
第一実施形態の燃料噴射装置６０等の装置を追加するこ
となくＳ保持剤２６の温度を上昇させることができる。

【００６４】最後に、ＮＯ_x保持剤２３について説明す
る。ＮＯ_x保持剤２３はカリウム（Ｋ）、ナトリウム
（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、ルビ
ジウム（Ｒｂ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂ
ａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）の
ようなアルカリ土類金属、ランタン（Ｌａ）、イットリ
ウム（Ｙ）、セリウム（Ｃｅ）のような希土類、鉄（Ｆ
ｅ）のような遷移金属、およびスズ（Ｓｎ）のような炭
素族元素から選ばれた少なくとも一つと、白金（Ｐｔ）
のような貴金属触媒とから成る。

【００６５】次に、図５を参照して本発明のＮＯ_x保持
剤２３のＮＯ_x保持・離脱メカニズムおよび硫黄成分保
持・離脱メカニズムについて白金（Ｐｔ）とバリウム
（Ｂａ）とから成るＮＯ_x保持剤２３を例にとって説明
するが、他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金
属、希土類、遷移金属から成るＮＯ_x保持剤でも同様な
メカニズムになる。

【００６６】ＮＯ_x保持剤２３に流入する排気ガスの空
燃比がリーンであり排気ガス中の酸素濃度が高いと、図
５（Ａ）に示したように排気ガス中の酸素はＯ₂ ^-または
Ｏ^2-の形で白金の表面に付着する。一方、排気ガス中の
ＮＯは白金の表面上でＯ₂ ^-またはＯ^2-と反応し、ＮＯ₂
となる（２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂）。次いで生成されたＮ
Ｏ₂および排気ガス中のＮＯ₂の一部は白金上で酸化され
つつＮＯ_x保持剤２３に吸収され、バリウム（Ｂａ）と
結合しながら図５（Ａ）に示したように硝酸イオン（Ｎ
Ｏ₃ ^-）の形でＮＯ_x保持剤２３内に拡散し、硝酸塩（Ｂ
ａＮＯ₃）を生成する。すなわち、排気ガス中のＮＯ_xが
硝酸イオンの形でＮＯ_x保持剤２３に保持される。

【００６７】一方、排気ガス中の硫黄成分、特にＳＯ_X
もＮＯ_Xと同様なメカニズムによりＮＯ_x保持剤２３に保
持される。すなわち、排気ガスの空燃比がリーンである
と排気ガス中のＳＯ₂は白金Ｐｔの表面でＯ₂ ^-またはＯ
^2-と反応してＳＯ₃となる。次いで、斯くして生成され
たＳＯ₃の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_x
保持剤２３に吸収され、バリウム（Ｂａ）と結合しなが
ら、硫酸イオン（ＳＯ₄ ² ^-）の形でＮＯ_x保持剤２３内に
拡散し、硫酸塩（ＢａＳＯ₄）を生成する。すなわち、
排気ガス中のＳＯ_xが硫酸イオンの形でＮＯ_x保持剤２３
に保持される。

【００６８】ＮＯ_x保持剤２３に流入する排気ガスの空
燃比がほぼ理論空燃比またはリッチにされると、排気ガ
ス中の酸素濃度が低下し、その結果、白金（Ｐｔ）の表
面でのＮＯ₂の生成量が低下する。ＮＯ₂の生成量が低下
すると反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、斯くし
てＮＯ_x保持剤２３内の硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）がＮＯ₂の
形でＮＯ_x保持剤２３から離脱せしめられる。このとき
ＮＯ_X保持剤２３から離脱せしめられたＮＯ_Xは図５
（Ｂ）に示したように流入排気ガス中に含まれる多量の
未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元せしめられる。このよう
にして白金の表面上にＮＯ₂が存在しなくなるとＮＯ_x保
持剤２３から次から次へとＮＯ₂が離脱せしめられる。
したがってＮＯ_x保持剤２３に流入する排気ガスの空燃
比がリッチにされると短時間のうちにＮＯ_x保持剤２３
からＮＯ_Xが離脱せしめられ、しかもこの離脱したＮＯ_X
が還元されるので大気中にＮＯ_Xが放出されることはな
い。

【００６９】一方、硫酸塩（ＢａＳＯ₄）は安定してい
て分解しづらく、ＮＯ_x保持剤２３に流入する排気ガス
の空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩は分解され
ずにそのまま残る。ところがこの場合、ＮＯ_X保持剤２
３の温度がＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱温度、例えば６０
０℃以上になるとＮＯ_X保持剤２３内において硫酸塩が
分解して硫酸イオンＳＯ₄ ^2-が生成され、このときＮＯ_X
保持剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリッチであれ
ばＮＯ_X保持剤２３からＳＯ_xが離脱せしめられる。離脱
せしめられたＳＯ_Xの一部は排気ガス中に含まれるＨＣ
やＣＯと反応し、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）を生成する。そし
て、これらＳＯ_xおよびＨ₂Ｓの硫黄成分は大気中に放出
せしめられる。

【００７０】なお、ＮＯ_x保持剤２３についてのみ説明
したが、Ｓ保持剤２６もＮＯ_x保持剤２３と同様な構成
であり、また、Ｓ保持剤２６における硫黄成分の保持お
よび離脱もＮＯ_x保持剤２３の硫黄成分保持・離脱メカ
ニズムと同様なメカニズムで行われる。また、バリウム
（Ｂａ）やリチウム（Ｌｉ）、特にリチウムを担持する
量が多いと硫黄成分の保持能力を向上させるのに有効で
あるため、特にＳ保持剤２６はバリウムやリチウム、特
にリチウムを多く担持しているのが好ましい。

【００７１】また、本明細書においてＮＯ_xおよび硫黄
成分に関する「保持」という語は「吸収」及び「吸着」
の両方の意味を含む。したがって、「ＮＯ_x保持剤」
は、「ＮＯ_x吸収剤」と「ＮＯ_x吸着剤」の両方を含み、
前者はＮＯ_xを硝酸塩等の形で蓄積し、後者はＮＯ₂等の
形で吸着する。また、ＮＯ_x保持剤からの「離脱」とい
う語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、
「吸着」に対応する「脱離」の意味も含む。

【００７２】

【発明の効果】第１の発明によれば、上流側硫黄保持剤
から離脱せしめられた硫黄成分が必ず下流側硫黄保持剤
に保持されるため、上流側硫黄保持剤において硫黄成分
離脱処理を行っても大気中に硫黄成分が放出されてしま
うことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関の全体
を示す図である。

【図２】本発明の第一実施形態の排気浄化装置の概略図
である。

【図３】第一実施形態のＳ放出制御のフローチャートで
ある。

【図４】第二実施形態の排気浄化装置の概略図である。

【図５】ＮＯ_x保持・離脱メカニズムを示す図である。

【符号の説明】

２３…ＮＯ_x保持剤２４…ケーシング２５…排気管２６…硫黄成分保持剤２７…ケーシング４９…温度センサ５０…温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０１Ｄ 53/94 Ｆ０２Ｄ 41/04 ３５５Ｆ０１Ｎ 3/18 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｋ１０１Ｂ 3/20 １０３Ｂ 3/24 53/34 １２９ＢＦ０２Ｄ 41/04 ３５５１２４ＺＦターム(参考） 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AA28 AB06 AB08 AB11 BA11 BA14 BA20 BA33 CA12 CA13 CB02 CB03 CB05 CB07 CB08 DA01 DA02 DA07 DB10 EA00 EA01 EA03 EA07 EA17 EA31 EA39 FB10 FB11 FB12 GA06 GB01Y GB02Y GB03Y GB04Y GB05W GB06W HA19 HA36 HA37 HA38 HA39 HA42 HB03 HB05 HB06 3G301 HA02 HA04 HA11 HA13 JA15 JA21 JA25 JB09 LA03 LB11 MA01 MA11 MA18 MA26 NA08 NC02 NE01 NE06 NE11 NE12 NE13 NE14 NE15 PA17Z PB08Z PD11Z PD12Z PE01Z PE08Z PF01Z PF03Z 4D002 AA02 AA12 BA03 BA04 BA06 BA14 GA03 GB03 4D048 AA06 AA13 AA18 AB02 AB05 AB07 BC01 BD01 BD03 CC26 CC32 CC41 CC44 CD01 DA01 DA02 DA06 DA13 DA20 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関排気通路上に上流側硫黄保持剤と該
上流側硫黄保持剤の排気下流に配置された下流側硫黄保
持剤とを具備し、これら硫黄保持剤はそれぞれ硫黄離脱
条件以外の条件において排気ガス中に含まれる硫黄成分
を保持すると共に硫黄離脱条件において保持した硫黄成
分を排気ガス中に放出する排気浄化装置において、下流側硫黄保持剤がその硫黄離脱条件に到達することが
ないように上流側硫黄保持剤をその硫黄離脱条件に到達
させる上流側硫黄離脱処理を実行することができる上流
硫黄離脱手段をさらに具備する排気浄化装置。
【請求項２】上記硫黄保持剤の硫黄離脱条件は排気ガ
スの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであって硫黄
保持剤の温度が該硫黄保持剤の硫黄離脱温度より高いこ
とである請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】上記上流側硫黄離脱手段は上流側硫黄保
持剤の排気下流であって下流側硫黄保持剤の排気上流に
おいて排気ガス中に空気を供給するための空気供給手段
を有し、該空気供給手段によって下流側硫黄保持剤に流
入する排気ガス中に空気を供給することで下流側硫黄保
持剤がその硫黄離脱条件にならないようにした請求項１
または２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】上記上流側硫黄離脱手段は下流側硫黄保
持剤の温度を制御するための温度制御手段を有し、上記
上流側硫黄離脱処理を実行するときには温度制御手段に
よって下流側硫黄保持剤がその硫黄離脱条件にならない
ようにした請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項５】上記下流側硫黄保持剤に保持された硫黄
成分を離脱させることが許容される状態であるか否かを
判定するための判定手段と、下流側硫黄保持剤をその硫
黄離脱条件に到達させる下流側硫黄離脱処理を実行する
ことができる下流側硫黄離脱手段とをさらに具備し、該
判定手段によって硫黄成分を離脱させることが許容され
る状態であると判定されたときに下流側硫黄離脱手段に
よって下流側硫黄離脱処理を実行するようにした請求項
２に記載の排気浄化装置。
【請求項６】上記下流側硫黄保持剤に保持された硫黄
成分量を算出する硫黄保持量算出手段をさらに具備し、
上記判定手段によって硫黄成分を離脱させることが許容
される状況であると判定されたときであっても硫黄保持
量算出手段によって算出された硫黄成分量が予め定めら
れた量以下であるときには下流側硫黄離脱処理を実行し
ないようにした請求項５に記載の排気浄化装置。
【請求項７】上記下流側硫黄離脱手段は上流側硫黄保
持剤の排気下流であって下流側硫黄保持剤の排気上流に
おいて排気ガス中に還元剤を添加するための還元剤添加
装置である請求項５または６に記載の排気浄化装置。
【請求項８】上記上流側硫黄保持剤をバイパスするバ
イパス通路と、該バイパス通路に流入する排気ガスと上
流側硫黄保持剤に流入する排気ガスとの割合を調整する
割合調整弁とをさらに具備し、下流側硫黄離脱処理が実
行されるときには機関本体から排出される排気ガスの少
なくとも一部がバイパス通路に流入するように割合調整
弁を調整するようにした請求項５〜７のいずれか一つに
記載の排気浄化装置。
【請求項９】上記下流側硫黄保持剤に保持された硫黄
成分を離脱させることが許容される状態が硫黄成分保持
剤から大気に硫黄成分を放出したときに該放出せしめら
れた硫黄成分を含む局所的な大気中の硫黄成分濃度が予
め設定した濃度以下になると予想される状態である請求
項５〜８のいずれか一つに記載の排気浄化装置。
【請求項１０】上記上流側硫黄保持剤に保持された硫
黄成分の量が所定量以上になったときに上流側硫黄保持
剤の硫黄離脱処理が実行され、下流側硫黄保持剤が保持
可能な硫黄成分量は上流側硫黄保持剤の上記所定量より
も多い請求項１〜９のいずれか一つに記載の排気浄化装
置。
【請求項１１】上記上流側硫黄保持剤および下流側硫
黄保持剤のうち、少なくとも上流側硫黄保持剤は排気ガ
スの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯ_xを保持
すると共に排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリ
ッチのときに保持したＮＯ_xを排気ガス中に離脱させて
還元させるＮＯ_x保持剤の機能を有する請求項１０に記
載の排気浄化装置。
【請求項１２】上記上流側硫黄保持剤および下流側硫
黄保持剤のうち、少なくとも一方は排気ガス中の微粒子
を捕集することができるパティキュレートフィルタに担
持される請求項１〜１１に記載の排気浄化装置。