JP2007231922A - 圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高いＳＯ_x捕獲率を確保する。
【解決手段】ＮＯ_x吸蔵触媒１２上流の機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＳＯ_xを捕獲しうる一対のＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂを配置する。流通する排気ガスの温度が低い方に配置された低温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ｂの貴金属触媒担持量を流通する排気ガスの温度が高い方に配置された高温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ａの貴金属触媒担持量よりも少なくする。
【選択図】図１

Description

本発明は圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置に関する。

流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_x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ＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸蔵触媒を用いて排気ガスを浄化するようにした内燃機関において、機関排気通路を一対の排気枝通路に分岐し、ＮＯ_x吸蔵触媒を、ＮＯ_xに対し高い浄化率を示す温度範囲が低温側の低温用ＮＯ_x吸蔵触媒と高温側の高温用ＮＯ_x吸蔵触媒から構成してこれらＮＯ_x吸蔵触媒を夫々各排気枝通路内に配置し、排気ガス温が低いときには排気ガスを低温用ＮＯ_x吸蔵触媒に導びくと共に排気ガス温が高いときには排気ガスを高温用ＮＯ_x吸蔵触媒に導びくことによりＮＯ_xを浄化しうる温度範囲を広げるようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。

一方、燃料およ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ＳＯ_xが含まれている。このＳＯ_xはＮＯ_xと共にＮＯ_x吸蔵触媒に吸蔵される。ところがこのＳＯ_xは排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけではＮＯ_x吸蔵触媒から放出されず、従ってＮＯ_x吸蔵触媒に吸蔵されているＳＯ_xの量が次第に増大していく。その結果吸蔵しうるＮＯ_x量が次第に減少してしまう。そこでＮＯ_x吸蔵触媒にＳＯ_xが送り込まれるのを阻止するためにＮＯ_x吸蔵触媒上流の機関排気通路内にＳＯ_xトラップ触媒を配置するようにした内燃機関も公知である。
特開平５−２６３６３１号公報

ところでＮＯ_x吸蔵触媒において低温における活性を高めるには、即ち低温におけるＮＯ_x浄化率を高めるには一般的な触媒と同様に貴金属触媒の担持量を増大させることが必要である。しかしながらＳＯ_xトラップ触媒はＮＯ_x吸蔵触媒とは逆で低温におけるＳＯ_x捕獲率を高めるには貴金属触媒の担持量を減少させる必要があることが判明したのである。これは、ＮＯ_x吸蔵触媒にはＮＯ_xを吸収する機能とＮＯ_xを放出させる機能の双方の機能を持たせなければならないのに対して、ＳＯ_xトラップ触媒にはＳＯ_xを吸収する機能だけを持たせればよいことに起因している。

本発明は、ＳＯ_xトラップ触媒について判明した知見に基づき、高いＳＯ_x捕獲率を確保することのできる圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

即ち、本発明によれば、排気ガス中に含まれるＳＯ_xを捕獲するために機関排気通路内に配置されたＳＯ_xトラップ触媒が一対のＳＯ_xトラップ触媒からなり、流通する排気ガスの温度が低い方に配置された低温用ＳＯ_xトラップ触媒の貴金属触媒担持量を流通する排気ガスの温度が高い方に配置された高温用ＳＯ_xトラップ触媒の貴金属触媒担持量よりも少なくしている。

ＳＯ_xトラップ触媒による高いＳＯ_x捕獲率を確保することができる。

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内に夫々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夫々示す。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の入口はエアクリーナ８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９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１０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１０内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。

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の出口に続く排気通路内には直列に配置された一対のＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂが配置される。即ち、排気タービン７ｂの出口はＳＯ_xトラップ触媒１１ａの入口に連結され、ＳＯ_xトラップ触媒１１ｂの出口は排気管１３を介してＮＯ_x吸蔵触媒１２に連結される。排気管１３には排気管１３内を流れる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１４が取付けられる。

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１５を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１５内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１６が配置される。また、ＥＧＲ通路１５周りにはＥＧＲ通路１５内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１７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１７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１８を介してコモンレール１９に連結される。このコモンレール１９内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２０から燃料が供給され、コモンレール１９内に供給された燃料は各燃料供給管１８を介して燃料噴射弁３に供給される。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。ＮＯ_x吸蔵触媒１２にはＮＯ_x吸蔵触媒１２の前後差圧を検出するための差圧センサ２１が取付けられており、この差圧センサ２１の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。

アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０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４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば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４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁９駆動用ステップモータ、還元剤供給弁１４、ＥＧＲ制御弁１６および燃料ポンプ２０に接続される。

図２に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。この実施例では排気管１３内にＳＯ_xトラップ触媒１１ｂから流出した排気ガス中のＳＯ_x濃度を検出するためのＳＯ_xセンサ２２が配置されている。

まず初めに図１および図２に示されるＮＯ_x吸蔵触媒１２について説明すると、これらＮＯ_x吸蔵触媒１２は三次元網目構造のモノリス担体或いはペレット状担体上に担持されているか、又はハニカム構造をなすパティキュレートフィルタ上に担持されている。このようにＮＯ_x吸蔵触媒１２は種々の担体上に担持させることができるが、以下ＮＯ_x吸蔵触媒１２をパティキュレートフィルタ上に担持した場合について説明する。

図３（Ａ）および（Ｂ）はＮＯ_x吸蔵触媒１２を担持したパティキュレートフィルタ１２ａの構造を示している。なお、図３（Ａ）はパティキュレートフィルタ１２ａの正面図を示しており、図３（Ｂ）はパティキュレートフィルタ１２ａの側面断面図を示している。図３（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ１２ａ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６０，６１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６０と、上流端が栓６３により閉塞された排気ガス流出通路６１とにより構成される。なお、図３（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓６３を示している。従って排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は薄肉の隔壁６４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は各排気ガス流入通路６０が４つの排気ガス流出通路６１によって包囲され、各排気ガス流出通路６１が４つの排気ガス流入通路６０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１２ａ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６０内に流入した排気ガスは図３（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出する。
このようにＮＯ_x吸蔵触媒１２をパティキュレートフィルタ１２ａ上に担持させた場合には、各排気ガス流入通路６０および各排気ガス流出通路６１の周壁面、即ち各隔壁６４の両側表面上および隔壁６４内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図４はこの触媒担体４５の表面部分の断面を図解的に示している。図４に示されるように触媒担体４５の表面上には貴金属触媒４６が分散して担持されており、更に触媒担体４５の表面上にはＮＯ_x吸収剤４７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４６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯ_x吸収剤４７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およびＮＯ_x吸蔵触媒１２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）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯ_x吸収剤４７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_xを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_xを放出するＮＯ_xの吸放出作用を行う。

即ち、ＮＯ_x吸収剤４７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図４に示されるように白金Ｐｔ４６上において酸化されてＮＯ₂となり、次いでＮＯ_x吸収剤４７内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形でＮＯ_x吸収剤４７内に拡散する。このようにしてＮＯ_xがＮＯ_x吸収剤４７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ４６の表面でＮＯ₂が生成され、ＮＯ_x吸収剤４７のＮＯ_x吸収能力が飽和しない限りＮＯ₂がＮＯ_x吸収剤４７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。

これに対し、還元剤供給弁１４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リッチ或いは理論空燃比にすると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、斯くしてＮＯ_x吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂の形でＮＯ_x吸収剤４７から放出される。次いで放出されたＮＯ_xは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。

このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯ_xがＮＯ_x吸収剤４７内に吸収される。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ＮＯ_x吸収剤４７のＮＯ_x吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯ_x吸収剤４７によりＮＯ_x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ＮＯ_x吸収剤４７の吸収能力が飽和する前に還元剤供給弁１４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ＮＯ_x吸収剤４７からＮＯ_xを放出させるようにしている。

ところで排気ガス中にはＳＯ_x、即ちＳＯ₂が含まれており、このＳＯ₂がＮＯ_x吸蔵触媒１２に流入するとこのＳＯ₂は白金Ｐｔ４６において酸化されてＳＯ₃となる。次いでこのＳＯ₃はＮＯ_x吸収剤４７内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でＮＯ_x吸収剤４７内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ₄を生成する。しかしながらＮＯ_x吸収剤４７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ＮＯ_x吸収剤４７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、斯くして時間が経過するにつれてＮＯ_x吸収剤４７が吸収しうるＮＯ_x量が低下することになる。

ところでこの場合、ＮＯ_x吸蔵触媒１２の温度を６００℃以上のＳＯ_x放出温度まで上昇させた状態でＮＯ_x吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯ_x吸収剤４７からＳＯ_xが放出される。ただし、この場合ＮＯ_x吸収剤４７からは少しずつしかＳＯ_xが放出されない。従ってＮＯ_x吸収剤４７から全ての吸収ＳＯ_x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、斯くして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。また、ＮＯ_x吸収剤４７から放出されたＳＯ_xは大気中に排出されることになり、このことも好ましいことではない。

そこで本発明ではＮＯ_x吸蔵触媒１２の上流に一対のＳＯ_xトラップ触媒１１，１１ｂを配置してこれらＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂにより排気ガス中に含まれるＳＯ_xを捕獲し、それによってＮＯ_x吸蔵触媒１２にＳＯ_xが流入しないようにしている。次にこれらＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１ｂについて説明する。

これらＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂは例えばハニカム構造のモノリス触媒からなり、ＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂ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。このようにＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂをハニカム構造のモノリス触媒から形成した場合には、各排気ガス流通孔の内周壁面上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図５はこの触媒担体５０の表面部分の断面を図解的に示している。図５に示されるように触媒担体５０の表面上にはコート層５１が形成されており、このコート層５１の表面上には貴金属触媒５２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５２として白金が用いられており、コート層５１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。即ち、ＳＯ_xトラップ触媒１１のコート層５１は強塩基性を呈している。

さて、排気ガス中に含まれるＳＯ_x、即ちＳＯ₂は図５に示されるように白金Ｐｔ５２において酸化され、次いでコート層５１内に捕獲される。即ち、ＳＯ₂は硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でコート層５１内に拡散し、硫酸塩を形成する。なお、上述したようにコート層５１は強塩基性を呈しており、従って図５に示されるように排気ガス中に含まれるＳＯ₂の一部は直接コート層５１内に捕獲される。

図５においてコート層５１内における濃淡は捕獲されたＳＯ_xの濃度を示している。図５からわかるようにコート層５１内におけるＳＯ_x濃度はコート層５１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５１の表面近傍におけるＳＯ_x濃度が高くなるとコート層５１の表面の塩基性が弱まり、ＳＯ_xの捕獲能力が弱まる。ここで排気ガス中に含まれるＳＯ_xのうちでＳＯ_xトラップ触媒１１に捕獲されるＳＯ_xの割合をＳＯ_xトラップ率と称すると、コート層５１の表面の塩基性が弱まればそれに伴なってＳＯ_xトラップ率が低下することになる。

図６にＳＯ_xトラップ率の時間的変化を示す。図６に示されるようにＳＯ_xトラップ率は初めは１００パーセントに近いが時間が経過するとＳＯ_xトラップ率は急速に低下する。そこで本発明による実施例では図７に示されるようにＳＯ_xトラップ率が予め定められた率よりも低下したときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度を上昇させる昇温制御を行い、それによってＳＯ_xトラップ率を回復させるようにしている。

即ち、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度を上昇させるとコート層５１内の表面近傍に集中的に存在するＳＯ_xはコート層５１内におけるＳＯ_x濃度が均一となるようにコート層５１の奥部に向けて拡散していく。即ち、コート層５１内に生成されている硫酸塩はコート層５１の表面近傍に集中している不安定な状態からコート層５１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５１内の表面近傍に存在するＳＯ_xがコート層５１の奥部に向けて拡散するとコート層５１の表面近傍のＳＯ_x濃度が低下し、斯くしてＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの昇温制御が完了すると図７に示されるようにＳＯ_xトラップ率が回復する。

ＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの昇温制御を行ったときにＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度をほぼ４５０℃程度にすればコート層５１の表面近傍に存在するＳＯ_xをコート層５１内に拡散させることができ、ＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度を６００℃程度まで上昇させるとコート層５１内のＳＯ_x濃度をかなり均一化することができる。従ってＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの昇温制御時には排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度を６００℃程度まで昇温させることが好ましい。

なお、このようにＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂを昇温したときに排気ガスの空燃比をリッチにするとＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂからＳＯ_xが放出されてしまう。従ってＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂを昇温したときには排気ガスの空燃比をリッチにしてはならない。また、コート層５１の表面近傍のＳＯ_x濃度が高くなるとＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂを昇温しなくても排気ガスの空燃比をリッチにするとＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂからＳＯ_xが放出されてしまう。従って本発明ではＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度がＳＯ_x放出温度以上であるときにはＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂに流入する排気ガスの空燃比をリッチにしないようにしている。

本発明では基本的には車両を購入してから廃車するまでＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂを交換することなくそのまま使用することを考えている。近年では特に燃料内に含まれるイオウの量が減少せしめられており、従ってＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの容量を或る程度大きくすればＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂを交換することなく廃車するまでそのまま使用することができる。例えば車両の耐用走行距離を５０万kmとするとＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの容量は、走行距離が２５万km程度まで昇温制御することなく高いＳＯ_xトラップ率でもってＳＯ_xを捕獲し続けることのできる容量とされる。この場合、最初の昇温制御は走行距離が２５万km程度で行われる。

さて、図４を参照しつつ既に説明したようにＮＯ_x吸蔵触媒１２では排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯは貴金属触媒４６によりＮＯ₂に酸化され、次いでＮＯ_x吸収剤４７に吸収される。即ち、貴金属触媒４６による酸化作用によってＮＯ_xがＮＯ_x吸収剤４７に吸収される。一方、ＮＯ_x吸収剤４７からＮＯ_xを放出すべく排気ガスの空燃比がリッチにされたときには貴金属触媒４６による還元作用によって吸収されていたＮＯ_xが還元される。

このようにＮＯ_x吸蔵触媒１２では貴金属触媒４６による酸化還元反応によってＮＯ_xの吸放出作用が行われる。この酸化還元反応は温度が低くなるにつれて弱まり、弱まった酸化還元反応は貴金属触媒４６を増量することによって強めることができる。従ってこのＮＯ_x吸蔵触媒１２において低温時に良好なＮＯ_xの吸放出作用を行うためには貴金属触媒４６を増量する必要がある。このようなＮＯ_x吸蔵触媒１２に限らず一般的な触媒においても低温時における活性を高めるためには貴金属触媒の担持量を増大させる必要がある。

しかしながら、ＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂはＮＯ_x吸蔵触媒１２を含め一般的な触媒とは逆になる。このことについて図８に示す実験結果を参照しつつ説明する。図８において横軸はＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度Ｔｓ（℃）を示しており、縦軸はＳＯ₂捕獲率を示している。また、図８において実線Ａは白金Ｐｔの担持量が１ｇ／ｌの場合、実線Ｂは白金Ｐｔの担持量が１．５ｇ／ｌの場合、実線Ｃは白金Ｐｔの担持量が２．０ｇ／ｌの場合を夫々示している。即ち、図８において実線Ａは貴金属触媒５２の担持量の少ないＳＯ_xトラップ触媒１１ａ又は１１ｂを示しており、実線Ｃは貴金属触媒５２の担持量の多いＳＯ_xトラップ触媒１１ａ又は１１ｂを示している。

図８を参照するとＳＯ₂捕獲率が高くなるＳＯ_xトラップ触媒１１ａ又は１１ｂはＳＯ_xトラップ触媒１１ａ又は１１ｂの温度Ｔｓがほぼ４００℃で逆転しており、Ｔｓ＜４００℃のとき、即ち低温時には貴金属触媒５２の担持量の少ないＳＯ_xトラップ触媒１１ａ又は１１ｂの方が貴金属触媒５２の担持量の多いＳＯ_xトラップ触媒１１ａ又は１１ｂよりもＳＯ₂捕獲率が高く、Ｔｓ＞４００℃のとき、即ち高温時には貴金属触媒５２の担持量の多いＳＯ_xトラップ触媒１１ａ又は１１ｂの方が貴金属触媒５２の担持量の少ないＳＯ_xトラップ触媒１１ａ又は１１ｂよりもＳＯ₂捕獲率が高くなる。

このように触媒の活性を高める貴金属触媒の担持量と温度との関係がＮＯ_x吸蔵触媒その他一般的な触媒と逆になるのはＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂにＳＯ_x、即ちＳＯ₂を吸収させる機能のみを持たせているからである。即ち、排気ガス中に含まれるＳＯ₂は酸性であるので本来的には貴金属触媒５２がなくても塩基性のコート層５１内に吸収される。即ち、ＳＯ₂の吸収作用には貴金属触媒５２はあまり寄与していない。

ところで低温時には化学平衡によりＳＯ₂はＳＯ₃ ^-に変化しようとする。このとき排気ガス中にＨＣが存在し貴金属触媒５２が存在するとＳＯ₃ ^-に対しＳＯ₂に還元するように作用し、その結果、ＳＯ₂捕獲量が減少する。この場合、ＳＯ₂捕獲量を増大するにはＳＯ₃ ^-に対する還元作用を弱めればよく、そのためには貴金属触媒５２の担持量を少なくする必要がある。一方、上述したようにＳＯ₂の吸収作用には貴金属触媒５２はあまり寄与しておらず、従って低温時には貴金属触媒５２の担持量を少なくするとＳＯ₂捕獲率が高くなる。

一方、高温時には分子エネルギが高くなるためにＳＯ₂は吸着しずらくなり、また高温になると化学平衡によりＳＯ₃ ^-はＳＯ₂に変化しようとする。この場合、貴金属触媒５２の担持量を多くしておくとＳＯ₂をＳＯ₃ ^-に酸化する作用が強力となり、斯くして多量のＳＯ₃ ^-を吸収した状態に保持しておくことができる。従って高温時には貴金属触媒５２の担持量を多くするとＳＯ₂捕獲率が高くなる。

図８の実線Ａで示されるように低温時に高いＳＯ₂捕獲率の得られるＳＯ_xトラップ触媒を低温用ＳＯ_xトラップ触媒と称し、図８の実線Ｃで示されるように高温時に高いＳＯ₂捕獲率の得られるＳＯ_xトラップ触媒を高温用ＳＯ_xトラップ触媒と称すると、低温用ＳＯ_xトラップ触媒の貴金属触媒担持量は高温用ＳＯ_xトラップ触媒の貴金属触媒担持量よりも少なくされている。

この場合、ＳＯ_x捕獲率を高めるために低温用ＳＯ_xトラップ触媒は温度の低い排気ガスの流路内に配置され、高温用ＳＯ_xトラップ触媒は温度の高い排気ガスの流路内に配置される。図１および図２に示される実施例ではＳＯ_xトラップ触媒１１ａ内を流通する排気ガス温の方がＳＯ_xトラップ触媒１１ｂ内を流通する排気ガス温よりも高く、従ってＳＯ_xトラップ触媒１１ａが高温用ＳＯ_xトラップ触媒とされ、ＳＯ_xトラップ触媒１１ｂが低温用ＳＯ_xトラップ触媒とされる。

即ち、図１および図２に示される実施例では高温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ａと低温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ｂとが同一排気通路内において直列に配置されており、低温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ｂが高温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ａの下流に配置されている。なお、ＳＯ_xトラップ触媒内におけるＨＣの燃焼等何らかの理由によってＳＯ_xトラップ触媒１１ｂ内を流通する排気ガス温の方がＳＯ_xトラップ触媒１１ａ内を流通する排気ガス温よりも高くなる場合にはＳＯ_xトラップ触媒１１ｂが高温用トラップ触媒とされ、ＳＯ_xトラップ触媒１１ａが低温用トラップ触媒とされる。

前述したように本発明による実施例ではＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂのＳＯ_xトラップ率を回復するために昇温制御が行われる。図９はこの昇温制御方法の一例を示している。
さて、ＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度を上昇させるのに有効な方法の一つは燃料噴射時期を圧縮上死点以降まで遅角させる方法である。即ち、通常主燃料Ｑ_mは図９において、（Ｉ）に示されるように圧縮上死点付近で噴射される。この場合、図９の（II）に示されるように主燃料Ｑ_mの噴射時期が遅角されると後燃え期間が長くなり、斯くして排気ガス温が上昇する。排気ガス温が高くなるとそれに伴ってＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度が上昇する。

また、ＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度を上昇させるために図９の（III）に示されるように主燃料Ｑ_mに加え、吸気上死点付近において補助燃料Ｑ_vを噴射することもできる。このように補助燃料Ｑ_vを追加的に噴射すると補助燃料Ｑ_v分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために排気ガス温が上昇し、斯くしてＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度が上昇する。
一方、このように吸気上死点付近において補助燃料Ｑ_vを噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料Ｑ_vからアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中間生成物によって主燃料Ｑ_mの反応が加速される。従ってこの場合には図９の（III）に示されるように主燃料Ｑ_mの噴射時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。即ち、このように主燃料Ｑ_mの噴射時期を大巾に遅らせることができるので排気ガス温はかなり高くなり、斯くしてＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度をすみやかに上昇させることができる。

また、ＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度を上昇させるために図９の（IV）に示されるように主燃料Ｑ_mに加え、膨張行程中又は排気行程中に補助燃料Ｑ_pを噴射することもできる。即ち、この場合、大部分の補助燃料Ｑ_pは燃焼することなく未燃ＨＣの形で排気通路内に排出される。この未燃ＨＣはＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂ上において過剰酸素により酸化され、このとき発生する酸化反応熱によってＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度が上昇せしめられる。なお、いずれの方法により昇温した場合でもＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂに流入する排気ガスの空燃比はリッチにされることなくリーンに維持される。

次に図１０から図１２を参照しつつＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂにおけるＳＯ_x安定化処理の第１実施例について説明する。
この第１実施例では、ＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂに捕獲されたＳＯ_x量を推定し、ＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂに捕獲されたＳＯ_x量が予め定められた量を越えたときにＳＯ_xトラップ率が予め定められた率よりも低下したと判断され、このときＳＯ_xトラップ率を回復するために排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度を上昇させる昇温制御を行うようにしている。

即ち、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ＳＯ_x量、即ちＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂに捕獲されるＳＯ_x量は燃料噴射量に比例する。燃料噴射量は要求トルクおよび機関回転数の関数であり、従ってＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂに捕獲されるＳＯ_x量も要求トルクおよび機関回転数の関数となる。本発明による実施例ではＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂに単位時間当り捕獲されるＳＯ_x量ＳＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１０（Ａ）に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。

また、潤滑油内にも或る割合でイオウが含まれており、燃焼室２内で燃焼せしめられる潤滑油量、即ち排気ガス中に含まれていてＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂに捕獲されるＳＯ_x量も要求トルクおよび機関回転数の関数となる。本発明による実施例では潤滑油に含まれていてＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂに単位時間当り捕獲されるＳＯ_xの量ＳＯＸＢが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１０（Ｂ）に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、ＳＯ_x量ＳＯＸＡおよびＳＯ_x量ＳＯＸＢの和を積算することによってＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂに捕獲されているＳＯ_x量ΣＳＯＸが算出される。

また、本発明による実施例では図１０（Ｃ）に示されるようにＳＯ_x量ΣＳＯＸと、ＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂを昇温処理すべきときの予め定められたＳＯ_x量ＳＯ（ｎ）との関係が予め記憶されており、ＳＯ_x量ΣＳＯＸが予め定められたＳＯ（ｎ）（ｎ＝１，２，３，…）を越えたときにＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの昇温処理が行われる。なお、図１０（Ｃ）においてはｎは何回目の昇温処理であるかを示している。図１０（Ｃ）からわかるようにＳＯ_xトラップ率を回復するための昇温処理回数ｎが増大するにつれて予め定められた量ＳＯ（ｎ）が増大せしめられ、この予め定められた量ＳＯ（ｎ）の増大割合は処理回数ｎが増大するほど減少する。即ち、ＳＯ（２）に対するＳＯ（３）の増大割合はＳＯ（１）に対するＳＯ（２）の増大割合よりも減少する。

即ち、図１１のタイムチャートに示されるようにＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂに捕獲されたＳＯ_x量ΣＳＯＸは許容値ＭＡＸまで時間の経過と共に増大し続ける。なお、図１１においてΣＳＯＸ＝ＭＡＸになったときが走行距離にして５０万km程度のときである。

一方、図１１においてＳＯ_x濃度はＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの表面近傍におけるＳＯ_x濃度を示している。図１１からわかるようにＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの表面近傍におけるＳＯ_x濃度が許容値ＳＯＺを越えると排気ガスの空燃比Ａ／ＦがリーンのもとでＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度Ｔを上昇させる昇温制御が行われる。昇温制御が行われるとＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの表面近傍におけるＳＯ_x濃度は減少するがこのＳＯ_x濃度の減少量は昇温制御が行われる毎に小さくなり、従って昇温制御が行われてから次に昇温制御が行われるまでの期間は昇温制御が行われる毎に短かくなる。

なお、図１１に示されるように捕獲されたＳＯ_x量ΣＳＯＸがＳＯ（１），ＳＯ（２），…に達するということはＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの表面近傍におけるＳＯ_x濃度が許容値ＳＯＺに達したことを意味している。

図１２はＳＯ_x安定化処理の第１実施例を実行するためのルーチンを示している。
図１２を参照するとまず初めにステップ１００において図１０（Ａ），（Ｂ）から夫々単位時間当り捕獲されるＳＯ_x量ＳＯＸＡおよびＳＯＸＢが読み込まれる。次いでステップ１０１ではこれらＳＯＸＡおよびＳＯＸＢの和がＳＯ_x量ΣＳＯＸに加算される。次いでステップ１０２ではＳＯ_x量ΣＳＯＸが図１０（Ｃ）に示される予め定められた量ＳＯ（ｎ）（ｎ＝１，２，３，…）に達したか否かが判別される。ＳＯ_x量ΣＳＯＸが予め定められた量ＳＯ（ｎ）に達したときにはステップ１０３に進んで昇温制御が行われる。

図１３および図１４にＳＯ_x安定化処理の第２実施例を示す。この実施例では図２に示されるようにＳＯ_xトラップ触媒１１ｂの下流にＳＯ_xセンサ２２が配置されており、このＳＯ_xセンサ２２によってＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂから流出した排気ガス中のＳＯ_x濃度が検出される。即ち、この第２実施例では図１４に示されるようにＳＯ_xセンサ２２により検出された排気ガス中のＳＯ_x濃度が予め定められた濃度ＳＯＹを越えたときにＳＯ_xトラップ率が予め定められた率よりも低下したと判断され、このときＳＯ_xトラップ率を回復するために排気ガスの空燃比Ａ／ＦがリーンのもとでＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度Ｔを上昇せしめる昇温制御が行われる。

図１３はこの第２実施例を実行するためのルーチンを示している。
図１３を参照するとまず初めにステップ１１０においてＳＯ_xセンサ２２の出力信号、例えば出力電圧Ｖが読込まれる。次いでステップ１１１ではＳＯ_xセンサ２２の出力電圧Ｖが設定値ＶＸを越えたか否か、即ち排気ガス中のＳＯ_x濃度が予め定められた濃度ＳＯＹを越えたか否かが判別される。Ｖ＞ＶＸになると、即ち排気ガス中のＳＯ_x濃度が予め定められた濃度ＳＯＹを越えるとステップ１１２に進んで昇温制御が行われる。

次に図１５を参照しつつＮＯ_x吸蔵触媒１２に対する処理について説明する。
本発明による実施例ではＮＯ_x吸蔵触媒１２に単位時間当り吸蔵されるＮＯ_x量ＮＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１６に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、このＮＯ_x量ＮＯＸＡを積算することによってＮＯ_x吸蔵触媒１２に吸蔵されたＮＯ_x量ΣＮＯＸが算出される。本発明による実施例では図１５に示されるようにこのＮＯ_x量ΣＮＯＸが許容値ＮＸに達する毎にＮＯ_x吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチにされ、それによってＮＯ_x吸蔵触媒１２からＮＯ_xが放出される。

なお、ＮＯ_x吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比Ａ／ＦをリッチにするときにＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂに流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持しておかなければならない。従って本発明による実施例ではＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂとＮＯ_x吸蔵触媒１２との間の排気通路内に還元剤供給装置、例えば図１および図２に示されるように還元剤供給弁１４が配置されており、ＮＯ_x吸蔵触媒１２からＮＯ_xを放出すべきときにはこの還元剤供給弁１４から排気通路内に還元剤を供給することによりＮＯ_x吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするようにしている。

一方、排気ガス中に含まれる粒子状物質はＮＯ_x吸蔵触媒１２を担持しているパティキュレートフィルタ１２ａ上に捕集され、順次酸化される。しかしながら捕集される粒子状物質の量が酸化される粒子状物質の量よりも多くなると粒子状物質がパティキュレートフィルタ１２ａ上に次第に堆積し、この場合粒子状物質の堆積量が増大すると機関出力の低下を招いてしまう。従って粒子状物質の堆積量が増大したときには堆積した粒子状物質を除去しなければならない。この場合、空気過剰のもとでパティキュレートフィルタ１２ａの温度を６００℃程度まで上昇させると堆積した粒子状物質が酸化され、除去される。

そこで本発明による実施例ではパティキュレートフィルタ１２ａ上に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでパティキュレートフィルタ１２ａの温度を上昇させ、それによって堆積した粒子状物質を酸化除去するようにしている。具体的に言うと本発明による実施例では差圧センサ２１により検出されたパティキュレートフィルタ１２ａの前後差圧ΔＰが図１５に示されるように許容値ＰＸを越えたときに堆積粒子状物質の量が許容量を越えたと判断され、このときパティキュレートフィルタ１２ａに流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつパティキュレートフィルタ１２ａの温度Ｔが上昇させる昇温制御が行われる。なお、パティキュレートフィルタ１２ａの温度Ｔが高くなるとＮＯ_x吸蔵触媒１２からＮＯ_xが放出されるために捕獲されているＮＯ_x量ΣＮＯＸは減少する。

パティキュレートフィルタ１２ａを昇温すべきときにＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂを昇温させる必要はない。従ってパティキュレートフィルタ１２ａを昇温させるときには排気ガスの空燃比をリーンに維持しうる範囲内で還元剤供給弁１４から還元剤が供給され、この還元剤の酸化反応熱でパティキュレートフィルタ１２ａの温度Ｔが上昇せしめられる。

図１７はＮＯ_x吸蔵触媒１２に対する処理ルーチンを示している。
図１７を参照するとまず初めにステップ１２０において図１６に示すマップから単位時間当り吸蔵されるＮＯ_x量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ１２１ではこのＮＯＸＡがＮＯ_x吸蔵触媒１２に吸蔵されているＮＯ_x量ΣＮＯＸに加算される。次いでステップ１２２では吸蔵ＮＯ_x量ΣＮＯＸが許容値ＮＸを越えたか否かが判別され、ΣＮＯＸ＞ＮＸとなったときにはステップ１２３に進んで還元剤供給弁１４から供給された還元剤によってＮＯ_x吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換えるリッチ処理が行われ、ΣＮＯＸがクリアされる。

次いでステップ１２４では差圧センサ２１によりパティキュレートフィルタ１２ａの前後差圧ΔＰが検出される。次いでステップ１２５では差圧ΔＰが許容値ＰＸを越えたか否かが判別され、ΔＰ＞ＰＸとなったときにはステップ１２６に進んでパティキュレートフィルタ１２ａの昇温制御が行われる。この昇温制御はパティキュレートフィルタ１２ａに流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ還元剤供給弁１４から還元剤を供給することによって行われる。

図１８に更に別の実施例を示す。この実施例では排気タービン７ｂの出口に接続された排気管２３から一対の排気枝通路２４ａ，２４ｂが分岐され、各排気枝通路２４ａ，２４ｂ内に夫々高温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ａと低温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ｂとが配置される。これら排気枝通路２４ａ，２４ｂは互いに合流して排気管１３に連結される。図１８に示されるように排気管２３からの各排気枝通路２４ａ，２４ｂの分岐部には流路切換弁２５が配置され、排気管２３内には排気ガス温を検出するための温度センサ２６が配置される。

図１９に流路切換弁２５の切換え制御を示す。図１９を参照するとステップ１３０では温度センサ２６により検出された排気ガス温Ｔｅが予め定められた温度Ｔ₀、例えば４００℃よりも高いか否かが判別される。Ｔｅ＞Ｔ₀のときにはステップ１３１に進んで高温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ａの配置されている排気枝通路２４ａ内、即ち高温ラインに排気ガスが流入するように流路切換弁２５が実線で示す位置に切換えられる。これに対し、Ｔｅ≦Ｔ₀のときにはステップ１３２に進んで低温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ｂの配置されている排気枝通路２４ｂ内、即ち低温ラインに排気ガスが流入するように流路切換弁２５が破線で示す位置に切換えられる。

即ち、言い換えるとこの実施例では機関排気通路が温度の高い方の排気ガスが流通する高温用排気枝通路２４ａと温度の低い方の排気ガスが流通する低温用排気枝通路２４ｂに分岐され、高温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ａが高温用排気枝通路２４ａ内に配置され、低温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ｂが低温用排気枝通路２４ｂ内に配置されていることになる。従って各ＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂにおいて高いＳＯ_x捕獲率を確保することができる。

一方、ＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂの温度が極度に高くなると、即ちほぼ６００℃以上になると排気ガスの空燃比がリーンであってもＳＯ_xトラップ触媒１１ａ，１１ｂからＳＯ_xの放出が開始される。図２０は図８の実線Ａで示される場合、即ち白金Ｐｔの担持量が１ｇ／ｌの場合と、図８の実線Ｃで示される場合、即ち白金Ｐｔの担持量が２ｇ／ｌの場合のＳＯ_x放出量を示している。図２０から白金Ｐｔの担持量が多い方、即ち高温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ａの方がＳＯ_x放出量が多いことがわかる。

白金Ｐｔの担持量が多くなるとＳＯ₃ ^-の還元作用が進み、その結果多量のＳＯ_xが放出されるものと考えられる。従って本発明による実施例では排気ガス温が極度に高くなったときには高温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ａから多量のＳＯ_xが放出されるのを阻止するために排気ガスの流入するＳＯ_xトラップ触媒が高温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ａから低温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ｂに切換えられる。

図２１に流路切換弁２５の切換え制御を行うためのルーチンを示す。
図２１を参照するとまず初めにステップ１４０において温度センサ２６により検出された排気ガスの温度Ｔｅが予め定められた温度Ｔ₁、例えば４００℃よりも低いか否かが判別される。Ｔｅ＜Ｔ₁のときにはステップ１４５に進んで低温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ｂの配置されている排気枝通路２４ｂ内、即ち低温ラインに排気ガスが流入するように流路切換弁２５が破線で示す位置に切換えられる。

これに対し、ステップ１４０においてＴｅ≧Ｔ₁であると判別されたときにはステップ１４１に進んで温度センサ２６により検出された排気ガスの温度Ｔｅが予め定められた温度Ｔ₂、例えば６００℃よりも高いか否かが判別される。Ｔｅ＞Ｔ₂のときにはステップ１４５に進んで低温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ｂの配置されている排気枝通路２４ｂ内、即ち低温ラインに排気ガスが流入するように流路切換弁２５が破線で示す位置に切換えられる。従って高温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ａから多量のＳＯ_xが放出されるのが阻止される。

一方、ステップ１４１においてＴｅ≦Ｔ₂であると判別されたときにはステップ１４２に進んでＳＯ_x吸蔵量のスレッシュホルド値ＳＯＲが算出される。即ち、ＳＯ_x吸蔵量が多くなったときに貴金属の担持量の多い高温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ａに排気ガスを流通させておくと高温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ａからＳＯ_xが放出される危険性がある。そこでこの実施例ではＳＯ_x吸蔵量が多くなったときには排気ガスを低温用ＳＯ_xトラップ１１ｂに流入させるようにしている。

なお、ステップ１４２において算出されるＳＯ_x吸蔵量のスレッシュホルド値ＳＯＲはＳＯ_x量ΣＳＯＸがＳＯ（ｉ）とＳＯ（ｉ＋１)との間である場合、ＳＯ（ｉ）とＳＯ（ｉ＋１）の中間値とされる。ステップ１４３ではＳＯ_x量ΣＳＯＸがこのスレッシュホルド値ＳＯＲよりも高いか否かが判別される。ΣＳＯＸ≦ＳＯＲのときにはステップ１４４に進んで高温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ａの配置されている排気枝通路２４ａ内、即ち高温ラインに排気ガスが流入するように流路切換弁２５が実線で示す位置に切換えられる。

これに対し、ΣＳＯＸ＞ＳＯＲのとき、即ちＳＯ_x吸蔵量が多いときにはステップ１４５に進んで低温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ｂの配置されている排気枝通路２４ｂ内、即ち低温ラインに排気ガスが流入するように流路切換弁２５が破線で示す位置に切換えられる。それによって高温用ＳＯ_xトラップ触媒１１ａからＳＯ_xが放出されるのを阻止することができる。

圧縮着火式内燃機関の全体図である。 圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。 パティキュレートフィルタの構造を示す図である。 ＮＯ_x吸蔵触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。 ＳＯ_xトラップ触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。 ＳＯ_xトラップ率を示す図である。 昇温制御を説明するための図である。 ＳＯ₂捕獲率を示す図である。 噴射時期を示す図である。 吸蔵ＳＯ_x量ΣＳＯＸと、昇温制御を行うべき吸蔵ＳＯ_x量ＳＯ（ｎ）との関係等を示す図である。 吸蔵ＳＯ_x量ΣＳＯＸ等の変化を示すタイムチャートである。 ＳＯ_x安定化処理の第１実施例を実行するためのフローチャートである。 ＳＯ_x安定化処理の第２実施例を実行するためのフローチャートである。 ＳＯ_x安定化処理を示すタイムチャートである。 パティキュレートフィルタの昇温制御を示すタイムチャートである。 吸蔵ＮＯ_x量ＮＯＸＡのマップを示す図である。 ＮＯ_x吸蔵触媒に対する処理を実行する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全体図である。 流路切換弁の切換え制御を行うためのフローチャートである。 ＳＯ_x放出率を示す図である。 流路切換弁の切換え制御を行うためのフローチャートである。

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
１１ａ 高温用ＳＯ_xトラップ触媒
１１ｂ 低温用ＳＯ_xトラップ触媒
１２ ＮＯ_x吸蔵触媒
１４ 還元剤供給弁

Claims (15)

1. 排気ガス中に含まれるＳＯ_xを捕獲するために機関排気通路内に配置されたＳＯ_xトラップ触媒が一対のＳＯ_xトラップ触媒からなり、流通する排気ガスの温度が低い方に配置された低温用ＳＯ_xトラップ触媒の貴金属触媒担持量を流通する排気ガスの温度が高い方に配置された高温用ＳＯ_xトラップ触媒の貴金属触媒担持量よりも少なくした圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
2. 低温用ＳＯ_xトラップ触媒と高温用ＳＯ_xトラップ触媒とが同一排気通路内において直列に配置されている請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
3. 低温用ＳＯ_xトラップ触媒が高温用ＳＯ_xトラップ触媒の下流に配置されている請求項２に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
4. 機関排気通路が、温度の低い方の排気ガスの流通する低温用排気枝通路と温度の高い方の排気ガスの流通する高温用排気枝通路に分岐され、低温用ＳＯ_xトラップ触媒が該低温用排気枝通路内に配置され、高温用ＳＯ_xトラップ触媒が該高温用排気枝通路内に配置される請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
5. 排気ガス温が予め定められた温度よりも低いときには排気ガスを上記低温用排気枝通路内に流入させ、排気ガス温が予め定められた温度よりも高いときには排気ガスを上記高温用排気枝通路内に流入させる流路切換弁を具備した請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
6. 排気ガス温が高温用ＳＯ_xトラップ触媒からＳＯ_xの放出される温度に達したときには排気ガス温が上記予め定められた温度以上であっても排気ガスを上記低温用排気枝通路内に流入させる請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
7. 上記ＳＯ_xトラップ触媒は、ＳＯ_xトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＳＯ_xを捕獲し、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯ_xトラップ触媒の温度が上昇すると捕獲したＳＯ_xが次第にＳＯ_x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ＳＯ_xトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるとＳＯ_xトラップ触媒の温度がＳＯ_x放出温度以上であれば捕獲したＳＯ_xを放出する性質を有し、機関運転中ＳＯ_xトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにさせることなくリーンに維持し続ける空燃比制御手段と、排気ガス中に含まれるＳＯ_xのうちでＳＯ_xトラップ触媒に捕獲されるＳＯ_xの割合を示すＳＯ_xトラップ率を推定する推定手段とを具備し、ＳＯ_xトラップ率が予め定められた率よりも低下したときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯ_xトラップ触媒の温度を上昇させ、それによってＳＯ_xトラップ率を回復させるようにした圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
8. 上記ＳＯ_xトラップ触媒は触媒担体上に形成されたコート層と、コート層上に維持された貴金属触媒からなり、コート層内にはアルカリ金属、アルカリ土類金属又は希土類金属が分散して含有されている請求項７に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
9. 上記ＳＯ_xトラップ触媒に捕獲されたＳＯ_x量を推定し、ＳＯ_xトラップ触媒に捕獲されたＳＯ_x量が予め定められた量を越えたときにＳＯ_xトラップ率が予め定められた率よりも低下したと判断され、このときＳＯ_xトラップ率を回復するために排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯ_xトラップ触媒の温度が上昇せしめられる請求項７に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
10. ＳＯ_xトラップ率を回復するための処理回数が増大するにつれて上記予め定められた量が増大せしめられ、この予め定められた量の増大割合は該処理回数が増大するほど減少する請求項９に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
11. ＳＯ_xトラップ触媒下流の排気通路内に排気ガス中のＳＯ_x濃度を検出しうるＳＯ_xセンサを配置し、該ＳＯ_xセンサの出力信号からＳＯ_xトラップ率を算出する請求項７に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
12. ＳＯ_xセンサにより検出された排気ガス中のＳＯ_x濃度が予め定められた濃度を越えたときにＳＯ_xトラップ率が予め定められた率よりも低下したと判断され、このときＳＯ_xトラップ率を回復するために排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯ_xトラップ触媒の温度が上昇せしめられる請求項１１に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
13. 上記ＳＯ_xトラップ触媒下流の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_x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ＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸蔵触媒を配置し、ＳＯ_xトラップ触媒とＮＯ_x吸蔵触媒との間の排気通路内に還元剤供給装置を配置し、ＮＯ_x吸蔵触媒からＮＯ_xを放出すべきときには還元剤供給装置から排気通路内に還元剤を供給してＮＯ_x吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするようにした請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
14. ＮＯ_x吸蔵触媒が排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕獲して酸化させるためのパティキュレートフィルタ上に担持されている請求項１３に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
15. パティキュレートフィルタ上に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させ、それによって堆積した粒子状物質を酸化除去するようにした請求項１４に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。

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