JP2010038118A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｏ₂ストレージ能力を有するＮＯ_X吸蔵還元触媒装置及び三元触媒装置を具備する内燃機関の排気浄化装置において、Ｓ被毒回復処理を実施している時にフューエルカットによりＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の吸蔵酸素量が増大した場合には、異臭を発生させることなく比較的早期にＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の吸蔵酸素量を低減する。
【解決手段】Ｓ被毒回復処理を実施している時に（ステップ１０２及び１０３）フューエルカットによりＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の吸蔵酸素量が増大した場合（ステップ１０４）には、先ずは気筒内から排出される排気ガスの空燃比をリッチとし（ステップ１０７及び１０８）、三元触媒装置から流出する排気ガスの空燃比がリッチとなった時には（ステップ１０９）気筒内から排出される排気ガスの空燃比を大きくして理論空燃比より僅かにリッチな空燃比とする（ステップ１１０及び１１１）リッチ化制御を実施する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

希薄燃焼内燃機関の機関排気系には、一般的にＮＯ_X吸蔵還元触媒装置が配置されている。このＮＯ_X吸蔵還元触媒装置は、排気ガスの空燃比がリーンである時に排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵し、設定量のＮＯ_Xが吸蔵された時には、再生処理として、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比として吸蔵したＮＯ_Xを放出させ、こうして放出されたＮＯ_Xを排気ガス中の還元成分により還元浄化するものである。

このようなＮＯ_X吸蔵還元触媒装置は、ＮＯ_Xと同様なメカニズムによって排気ガス中のＳＯ_Xも吸蔵してしまう。ＳＯ_Xは安定な硫酸塩として吸蔵されるために前述の再生処理では放出させることはできず、吸蔵量は増加する一方であり（Ｓ被毒）、遂には、再生処理直後においてもＮＯ_X吸蔵還元触媒装置は十分なＮＯ_X量を吸蔵することができなくなってしまう。

それにより、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置におけるＳＯ_X吸蔵量を推定し、このＳＯ_X吸蔵量が設定ＳＯ_X吸蔵量に達した時には、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置へ流入する排気ガスを比較的多くの燃料及び酸素を含む理論空燃比より僅かにリッチな空燃比の排気ガスとし、排気ガス中に含まれる燃料をＮＯ_X吸蔵還元触媒装置において貴金属触媒を使用して燃焼させることにより、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置を約７００°Ｃのような高温とし、吸蔵ＳＯ_Xを放出させて還元浄化するＳ被毒回復処理が実施される。

ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置は、このような高温度とされると、ＮＯ_X吸蔵能力が著しく低下するために、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置にＯ₂ストレージ能力を持たせることにより、Ｓ被毒回復処理中においてはＮＯ_X吸蔵還元触媒装置を三元触媒装置として機能させ、排気ガス中の余剰酸素を吸蔵してＮＯ_Xを還元浄化することができる。

Ｓ被毒回復処理においてＮＯ_X吸蔵還元触媒装置へ流入させる排気ガスは、一方の気筒群の燃焼空燃比をリーンとし、他方の気筒群の燃焼空燃比をリッチとして、両方の排気ガスを合流させたものとすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−５６６８２ 特開２００５−６９１８８

Ｏ₂ストレージ能力を有するＮＯ_X吸蔵還元触媒装置において、Ｓ被毒回復処理に際して、それ以前の希薄燃焼により、多量の酸素を吸蔵していることがあるが、リッチ空燃比の排気ガス中の燃料を燃焼する際に吸蔵酸素は放出され、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置が高温となった時には、吸蔵酸素量は十分に低減している。

それにより、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置は、排気ガス中の新たな酸素を吸蔵することができ、Ｓ被毒回復処理中においてＮＯ_X吸蔵還元触媒装置が高温となっても、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置は三元触媒装置として機能して、一方の気筒群から排出されるリーン空燃比の排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを還元浄化することができる。

しかしながら、Ｓ被毒回復処理中において、機関減速時となってフューエルカットが実施されると、その直後においてＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の酸素吸蔵量は増大し、Ｓ被毒回復処理を再開するために、リッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとを合流させて僅かにリッチとした排気ガスをＮＯ_X吸蔵還元触媒装置へ流入させると、吸蔵酸素が放出されるために、ＮＯ_Xの還元が不十分となり、また、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置は高温であるために殆どＮＯ_Xを吸蔵することはできず、それにより、リーン空燃比の排気ガス中に含まれるＮＯ_Xが大気中へ放出されてしまうことがある。

これを防止するためにフューエルカット実施直後において、燃焼空燃比をリッチとして殆どＮＯ_Xを含まない排気ガスをＮＯ_X吸蔵還元触媒装置へ流入させて吸蔵酸素を放出させることが考えられるが、排気ガスのリッチ程度を強くすると、高温のＮＯ_X吸蔵還元触媒装置から放出されるＳＯ_Xが硫化水素Ｈ₂Ｓとなって異臭が発生してしまう。それにより、この時の排気ガスの空燃比を理論空燃比より僅かなリッチな空燃比とすることが考えられるが、これでは、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の上流側に一般的に配置される三元触媒装置の吸蔵酸素が十分に放出されてリッチ空燃比の排気ガスがＮＯ_X吸蔵還元触媒装置に達するまでに非常に長い時間が必要になり、すなわち、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置において吸蔵酸素の放出を開始するまでに非常に長い時間が必要になってしまう。

従って、本発明の目的は、Ｏ₂ストレージ能力を有するＮＯ_X吸蔵還元触媒装置と、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の上流側に配置されてＯ₂ストレージ能力を有する三元触媒装置とを具備する内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置でＮＯ_Xを含む排気ガス中の燃料を燃焼させるＳ被毒回復処理を実施している時にフューエルカットによりＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の吸蔵酸素量が増大した場合には、Ｓ被毒回復処理の再開時にＮＯ_Xの還元が不十分とならないようにするために、異臭を発生させることなく比較的早期にＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の吸蔵酸素量を低減することである。

本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、Ｏ₂ストレージ能力を有するＮＯ_X吸蔵還元触媒装置と、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の上流側に配置されてＯ₂ストレージ能力を有する三元触媒装置とを具備する内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置でＮＯ_Xを含む排気ガス中の燃料を燃焼させるＳ被毒回復処理を実施している時にフューエルカットによりＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の吸蔵酸素量が増大した場合には、先ずは気筒内から排出される排気ガスの空燃比をリッチとし、前記三元触媒装置から流出する排気ガスの空燃比がリッチとなった時には前記気筒内から排出される排気ガスの空燃比を大きくして理論空燃比より僅かにリッチな空燃比とするリッチ化制御を実施することを特徴とする。

また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記Ｓ被毒回復処理を実施する時にＮＯ_X吸蔵還元触媒装置へ流入させる排気ガスは、一方の気筒群から排出されるリーン空燃比の排気ガスと、他方の気筒群から排出されるリッチ空燃比の排気ガスとを合流させたものであり、前記三元触媒装置は前記一方の気筒群の排気通路と前記他方の気筒群の排気通路とにそれぞれ設けられ、前記リッチ化制御は、先ずは両方の気筒群から排出される排気ガスの空燃比をリッチとし、少なくとも一方の前記三元触媒装置から流出する排気ガスの空燃比がリッチとなった時には両方の気筒群から排出される排気ガスの空燃比を大きくして理論空燃比より僅かにリッチとすることを特徴とする。

また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記Ｓ被毒回復処理を実施している時にフューエルカットにより前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の吸蔵酸素量が増大した場合には、前記リッチ化制御によって前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置から流出する排気ガスの空燃比がリッチとなるまでは、前記Ｓ被毒回復処理を再開しないことを特徴とする。

本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置でＮＯ_Xを含む排気ガス中の燃料を燃焼させるＳ被毒回復処理を実施している時にフューエルカットによりＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の吸蔵酸素量が増大した場合には、リッチ化制御として、先ずは気筒内から排出される排気ガスの空燃比を強リッチとして、三元触媒装置の吸蔵酸素量を早期に減少させ、それにより、三元触媒装置から流出する排気ガスの空燃比がリッチとなった時には、気筒内から排出される空燃比を大きくして理論空燃比より僅かにリッチな弱リッチな空燃比として、強リッチの空燃比の排気ガスがＮＯ_X吸蔵還元触媒装置へ流入しないようにし、Ｈ₂Ｓを殆ど生成することなくＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の吸蔵酸素量を低減させる。こうして、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の増大した吸蔵酸素によってＳ被毒回復処理の再開時にＮＯ_Xの還元が不十分とならないようにするために、異臭を発生させることなく比較的早期にＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の吸蔵酸素量を低減することができる。

また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、Ｓ被毒回復処理を実施する時にＮＯ_X吸蔵還元触媒装置へ流入させる排気ガスは、一方の気筒群から排出されるリーン空燃比の排気ガスと、他方の気筒群から排出されるリッチ空燃比の排気ガスとを合流させたものであり、三元触媒装置は一方の気筒群の排気通路と他方の気筒群の排気通路とにそれぞれ設けられ、リッチ化制御は、先ずは両方の気筒群から排出される排気ガスの空燃比を強リッチとし、少なくとも一方の三元触媒装置から流出する排気ガスの空燃比がリッチとなった時には両方の気筒群から排出される排気ガスの空燃比を大きくして理論空燃比より僅かにリッチな弱リッチとするようにしており、それにより、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の吸蔵酸素量を低減させてＳ被毒回復処理の再開時にＮＯ_Xの還元が不十分とならないようにするために、異臭を発生させることなく比較的早期にＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の吸蔵酸素量を低減することができる。

また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、Ｓ被毒回復処理を実施している時にフューエルカットによりＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の吸蔵酸素量が増大した場合には、リッチ化制御によってＮＯ_X吸蔵還元触媒装置から流出する排気ガスの空燃比がリッチとなるまでは、Ｓ被毒回復処理を再開しないようになっており、それにより、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の吸蔵酸素量を十分に低減させてからＳ被毒回復処理が再開され、この時には、高温のためにＮＯ_X吸蔵還元触媒装置のＮＯ_X吸蔵能力が低下していても、ＮＯ_Xを十分に還元することができる。

図１は本発明による排気浄化装置が取り付けられた内燃機関を示す概略図である。同図において、内燃機関は例えばＶ型であり、１ａは第１バンク、２ａは第２バンクを示している。本内燃機関は、ディーゼルエンジン、又は、希薄燃焼として成層燃焼を実施可能な筒内噴射式火花点火内燃機関である。１ｂは第１バンク１ａの第１吸気通路であり、２ｂは第２バンク２ａの第２吸気通路である。１ｃは第１バンク１ａの第１排気通路であり、２ｃは第２バンク２ａの第２排気通路である。第１排気通路１ｃには第１三元触媒装置３が配置され、第２排気通路２ｃには第２三元触媒装置４が配置されている。

第１排気通路１ｃには、第１三元触媒装置３の直下流側に第１酸素センサＳ１が配置され、また、第２排気通路２ｃには、第２三元触媒装置４の直下流側に第２酸素センサＳ２が配置されている。第１排気通路１ｃと第２排気通路２ｃとの合流部より下流側の排気通路５には、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６が配置され、その直下流側には、第３酸素センサＳ３が配置されている。

第１及び第２三元触媒装置３及び４は、比較的小さな熱容量を有して機関本体近傍に配置されているために、機関始動直後において活性化し、機関始動時の理論空燃比又はリッチ空燃比の排気ガスの浄化を早期に開始するようになっている。

内燃機関は、通常時において、希薄燃焼を実施するために、排気ガス中には比較的多くのＮＯ_Xが含まれ、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６は、排気ガス中のＮＯ_Xを良好に吸蔵する。しかしながら、無制限にＮＯ_Xを吸蔵することはできず、ＮＯ_X吸蔵量が設定量に達すると、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入する排気ガスの空燃比をリッチにしてＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６からＮＯ_Xを放出させ、排気ガス中に含まれるＨＣ及びＣＯ等の還元成分によって放出させたＮＯ_Xを還元浄化する再生処理が実施される。

ところで、第１及び第２三元触媒装置３及び４だけでなく、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６にも、セリア等を担持させてＯ₂ストレージ能力を持たせている。Ｏ₂ストレージ能力は、排気ガスの空燃比がリーンであると余剰酸素を吸蔵し、排気ガスの空燃比がリッチとなると吸蔵した酸素を放出し、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍にするものである。それにより、機関始動時等において、排気ガスの空燃比が理論空燃比ではなくても、第１及び第２三元触媒装置３及び４は、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、及び、ＮＯ_Xを良好に浄化することができる。

また、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へＮＯ_Xが吸蔵される際には、ＮＯ_Xの大部分を占めるＮＯをＮＯ₂へ酸化させることなり、この酸化にＯ₂ストレージ能力により吸蔵された酸素を利用することができる。こうして、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６にＯ₂ストレージ能力を持たせることによりＮＯ_Xの吸蔵が容易となる。

ところで、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６は、ＮＯ_Xと同様なメカニズムによって排気ガス中のＳＯ_Xも吸蔵してしまう。ＮＯ_Xは硝酸塩の形で吸蔵されるのに対して、ＳＯ_Xは硫酸塩の形で吸蔵され、硫酸塩は、非常に安定な物質であり、前述の再生処理のように排気ガスの空燃比をリッチにしただけでは、ＳＯ_Xは放出されない。こうしてＳＯ_Xの吸蔵量は徐々に増加し、その分、ＮＯ_Xを吸蔵することができなくなってしまう。これは、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６のＳ被毒と称される。

それにより、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６においては、吸蔵されたＳＯ_Xを放出させるＳ被毒回復処理も必要である。例えば、燃料噴射量の積算値が設定値に達した時に、所定量のＳＯ_XがＮＯ_X吸蔵還元触媒に吸蔵されているＳ被毒回復時期であると判断され、この時に、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６を約７００°Ｃまで昇温して排気ガスの空燃比をリッチにするＳ被毒回復処理が実施される。

Ｓ被毒回復処理に際して、比較的多量の未燃燃料と酸素とを含む排気ガスをＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ供給して未燃燃料を燃焼させ、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置を昇温してＳＯ_Xを放出させ、排気ガス中の還元成分により放出ＳＯ_Xを還元浄化する。そのために、例えば、第１バンク１ａから排出される排気ガスの空燃比をリーンとし、第２バンク２ａから排出される排気ガスの空燃比をリッチとし、これらの排気ガスを合流させて、比較的多量の未燃燃料と酸素とを含む僅かにリッチな空燃比の排気ガスとしてＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入させる。第２バンク２ａから排出される排気ガスの空燃比をリッチにするには、燃焼空燃比をリッチとしても良いし、膨張行程又は排気行程において気筒内へ燃料を噴射するようにしても良い。

ところで、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６は、Ｓ被毒回復処理中の約７００°Ｃのような高温となると、ＮＯ_X吸蔵能力が極端に低下してしまう。それにより、この時に、Ｏ₂ストレージ能力によって酸素を吸蔵することができないと、第１バンク１ａの排気ガス中に含まれる比較的多くのＮＯ_Xは還元浄化されることなく、大気中へ放出されてしまう。

Ｓ被毒回復処理が実施される時に、これまでの希薄燃焼によってＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６のＯ₂ストレージ能力は限界値の酸素を吸蔵していることがある。しかしながら、僅かにリッチな空燃比の排気ガス中の未燃燃料を燃焼させる際に吸蔵酸素は放出され、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６が高温となった時には、新たな酸素を吸蔵可能となっており、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６の高温を維持して放出ＳＯ_Xを還元するために、第１バンク１ａから排出される排気ガスの空燃比はリーンに維持され、第２バンク２ａから排出される排気ガスの空燃比はリッチに維持されるが、第１バンク１ａから排出される排気ガス中に含まれるＮＯ_Xは、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６によって余剰酸素が吸蔵され、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置が三元触媒装置として機能するために良好に還元浄化することができる。

しかしながら、Ｓ被毒回復処理中に機関減速時となってフューエルカットが実施されると、第１及び第２三元触媒装置３及び４とＮＯ_X吸蔵還元触媒装置とが、限界値の酸素を吸蔵してしまうことがある。それにより、このままでは、Ｓ被毒回復処理を再開してＮＯ_Xを含む排気ガスがＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入すると、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６は、高温のためにＮＯ_X吸蔵能力が極端に低下しており、また、余剰酸素を吸蔵することができないために、三元触媒として機能してもＮＯ_Xを十分に還元浄化することができず、ＮＯ_Xは大気中へ放出されてしまう。

それにより、Ｓ被毒回復処理中のフューエルカット直後には、ＮＯ_Xを殆ど含まないリッチ空燃比の排気ガスをＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入させて吸蔵酸素を放出させるリッチ化制御が必要となる。図２はこのためのフローチャートである。先ず、ステップ１０１において、前述したように燃料噴射量の積算値等に基づき、Ｓ被毒回復時期であるか否かが判断され、この判断が否定される時にはそのまま終了する。しかしながら、ステップ１０１の判断が肯定される時には、Ｓ被毒回復処理を実施するために、ステップ１０２において、第１バンク１ａの燃焼空燃比を理論空燃比よりリーンな第１リーン空燃比λｌ１とし、第２バンク２ａの燃焼空燃比を理論空燃比よりリッチな第１リッチ空燃比λｒ１とし、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比より僅かにリッチな空燃比（例えば１４．３）とする。

こうして、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６において、第２バンク２ａから排出される排気ガス中に比較的多く含まれるＨＣ及びＣＯは、第１バンク１ａから排出される排気ガス中に比較的多く含まれる酸素及びＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６から放出される酸素によって良好に燃焼し、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６を昇温する。ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６が約７００°Ｃまで昇温すれば、吸蔵ＳＯ_Xは放出され、排気ガス中のＨＣ及びＣＯによって還元浄化される。

次いで、ステップ１０４において、このようなＳ被毒回復処理中に機関減速時となってフューエルカットが実施されたか否かが判断される。この判断が否定される時、すなわち、フューエルカットが実施されなければ、ステップ１０５において、カウント値ｔを１だけインクリメントし、ステップ１０６において、このカウント値ｔが設定値ｔ’に達したか否かが判断される。この判断が肯定されれば、Ｓ被毒回復処理は完了し、本フローチャートは終了する。

しかしながら、カウント値ｔが設定値ｔ’に達していない時には、Ｓ被毒回復処理を継続するためにステップ１０２へ戻る。このようなＳ被毒回復処理中にフューエルカットが実施されると、ステップ１０４の判断が肯定され、ステップ１０７へ進む。ステップ１０７において、第１バンク１ａの燃焼空燃比を比較的小さな値（例えば１３．５）の第２リッチ空燃比λｒ２とし、ステップ１０８において、第２バンク２ａの燃焼空燃比も同じ第２リッチ空燃比λｒ２とする。

第１バンク１ａ及び第２バンク２ａの燃焼空燃比をこのような強リッチ空燃比λｒ２としても、第１三元触媒装置３及び第２三元触媒装置４から排出される排気ガスの空燃比は、第１三元触媒装置３及び第２三元触媒装置４がＯ₂ストレージ能力によってフューエルカット中に吸蔵した酸素を放出するために、暫くの間は、理論空燃比となってリッチとならない。第１三元触媒装置３及び第２三元触媒装置４の少なくとも一方の吸蔵酸素が十分に放出されると、吸蔵酸素を殆ど放出した三元触媒装置から排出される排気ガスの空燃比は理論空燃比近傍のリッチ空燃比となり、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入する排気ガスの空燃比がリッチとなることがある。

これを放置すると、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６に流入する排気ガスの空燃比は強リッチ空燃比λｒ２なり、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６はＳ被毒回復処理中であるために、放出されたＳＯ_XからＨ₂Ｓが生成されて異臭を発生させてしまう。これを防止するために、ステップ１０９において、第１三元触媒装置３から流出する排気ガスの空燃比を監視する第１酸素センサＳ１又は第２三元触媒装置４から流出する排気ガスの空燃比を監視する第２酸素センサＳ２の少なくとも一方がリッチ空燃比を検出したか否かを判断し、この判断が否定される時には、ステップ１０７及び１０８において、第１バンク１ａ及び第２バンク２ａの燃焼空燃比は第２リッチ空燃比λｒ２に維持される。

一方、ステップ１０９の判断が肯定される時には、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ強リッチ空燃比λｒ２の排気ガスが流入しないように、ステップ１１０において、第１バンク１ａの燃焼空燃比を大きくして理論空燃比より僅かにリッチな第３リッチ空燃比（例えば１４．３）とし、ステップ１１１において、第２バンク２ａの燃焼空燃比も同じ第３リッチ空燃比とする。

それにより、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入する排気ガスの空燃比は、強リッチ空燃比の第２リッチ空燃比λｒ２となることはなく、第１三元触媒装置３及び第２三元触媒装置４から吸蔵酸素が全て放出された時に、理論空燃比より僅かにリッチな弱リッチ空燃比（第３リッチ空燃比λｒ３）となり、異臭を発生するＨ₂Ｓが生成されることはなく、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６から吸蔵酸素が放出される。

もちろん、フューエルカットの実施直後から第１バンク１ａ及び第２バンク２ａにおいて燃焼空燃比を第３リッチ空燃比λｒ３（弱リッチ空燃比）としても、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ強リッチ空燃比の排気ガスが流入することはなく、Ｈ₂Ｓの生成を防止することができるが、これでは、第１三元触媒装置３及び第２三元触媒装置４から十分な吸蔵酸素が放出されてＮＯ_X吸蔵還元触媒装置へリッチ空燃比の排気ガスが流入するまで、すなわち、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６において吸蔵酸素の放出が開始されるまでに長い時間が必要となってしまう。

次いで、ステップ１１２において、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６から流出する排気ガスの空燃比を監視する第３酸素センサＳ３がリッチ空燃比を検出したか否かが判断され、この判断が否定される時には、ステップ１１０及び１１１において、第１バンク１ａ及び第２バンク２ａの燃焼空燃比は第３リッチ空燃比λｒ３に維持される。しかしながら、ステップ１１２の判断が肯定される時には、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６から十分な量の酸素が放出されたこととなり、Ｓ被毒回復処理を再開しても、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６は酸素を吸蔵して三元触媒装置として排気ガス中のＮＯ_Xを還元浄化することができ、ステップ１０２において、第１バンク１ａの燃焼空燃比を第１リーン空燃比λｌ１とし、ステップ１０３において、第２バンク２ａの燃焼空燃比を第１リッチ空燃比λｒ１として、Ｓ被毒回復処理を再開する。

もし、第１バンク１ａ及び第２バンク２ａの燃焼空燃比をリッチとするリッチ化制御が実施されている時に、Ｓ被毒回復処理が強制的に再開されると、第１バンク１ａでは現状の燃焼空燃比を第１リーン空燃比λｌ１とするために、現在の燃焼空燃比が通常運転のリーン空燃比として燃料噴射量が減量されることがあり、この時には、燃焼空燃比をＮＯ_Xが多量に生成されるリーン空燃比としてしまうことがある。また、第２バンク２ａでは現状の燃焼空燃比を第１リッチ空燃比λｒ１とするために、現在の燃焼空燃比が通常運転のリーン空燃比として燃料噴射量が増量されることがあり、この時には、燃焼空燃比を過剰なリッチ空燃比として失火を発生させてしまうことがある。これらを防止するために、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６から流出する排気ガスの空燃比がリッチとなってリッチ化制御が完了するまでＳ被毒回復処理を再開させないようにすることが好ましい。

第１酸素センサＳ１、第２酸素センサＳ２、及び、第３酸素センサＳ３は、ステップ出力型のものとしたが、もちろん、リニア出力型の空燃比センサとしても良い。いずれにしても、排気ガスの空燃比が理論空燃比より僅かにリッチ側となったことを検出可能であれば良い。

本フローチャートにおいて、ステップ１０７、１０８、１１０、及び１１１では、燃焼空燃比をリッチ空燃比としたが、燃焼空燃比はリーン空燃比として、膨張行程又は排気行程において気筒内へ燃料を噴射することにより、気筒内から排出される排気ガスの空燃比を所望のリッチ空燃比としても良い。この場合において、気筒内から排出された直後において、リッチ空燃比の排気ガス中には、比較的多くのＮＯ_Xが含まれていることがあるが、第１三元触媒装置３又は第２三元触媒装置４を通過する際に、排気ガス中のＮＯ_Xは殆ど還元浄化されるために、ＮＯ_Xが高温のＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入することはない。

本実施形態は、内燃機関が２つの気筒群を有し、Ｓ被毒回復処理に際して、一方の気筒群から排出される排気ガスの空燃比をリッチにし、他方の気筒群から排出される排気ガスの空燃比をリーンとし、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置へは、比較的多量のＨＣ及びＣＯと比較的多量の酸素とを含む排気ガスが流入するようにしたが、これは本願発明を限定するものではない。例えば、全気筒共通の排気通路に単一の三元触媒装置が設けられ、この三元触媒装置の下流側にＮＯ_X吸蔵還元触媒装置が配置されていて、Ｓ被毒回復処理に際して、燃焼空燃比はリーンとして、三元触媒装置とＮＯ_X吸蔵還元触媒装置との間に燃料を供給してＮＯ_X吸蔵還元触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比より僅かなリッチ空燃比とするものにも本願発明は適用可能である。

この場合において、Ｓ被毒回復処理中にフューエルカットが実施された直後のリッチ化制御としては、先ずは、気筒内から排出される排気ガスの空燃比をリッチとし、三元触媒装置から流出する排気ガスの空燃比がリッチとなった時には、気筒内から排出される排気ガスの空燃比を大きくして理論空燃比より僅かにリッチなリッチ空燃比とすれば良い。

Ｓ被毒回復処理を開始する際に、それまでの希薄燃焼によってＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６がほぼ限界値の酸素を吸蔵していて、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６が高温とされた時にも十分な酸素を吸蔵することができないことも考えられるために、Ｓ被毒回復処理直前にもリッチ化制御を実施するようにしても良い。このリッチ化制御は、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６が高温となっていない時に実施されるために、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６から排出される排気ガスの空燃比がリッチとなるまで、第１バンク１ａ及び第２バンク２ａ（全ての気筒）から排出される排気ガスの空燃比は第２リッチ空燃比λｒ２（強リッチ空燃比）とすれば良い。

本発明による排気浄化装置が取り付けられた内燃機関を示す概略図である。 Ｓ被毒回復処理のためのフローチャートである。

符号の説明

１ａ 第１バンク
２ａ 第２バンク
３ 第１三元触媒装置
４ 第２三元触媒装置
６ ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置

Claims (3)

1. Ｏ₂ストレージ能力を有するＮＯ_X吸蔵還元触媒装置と、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の上流側に配置されてＯ₂ストレージ能力を有する三元触媒装置とを具備する内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置でＮＯ_Xを含む排気ガス中の燃料を燃焼させるＳ被毒回復処理を実施している時にフューエルカットによりＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の吸蔵酸素量が増大した場合には、先ずは気筒内から排出される排気ガスの空燃比をリッチとし、前記三元触媒装置から流出する排気ガスの空燃比がリッチとなった時には前記気筒内から排出される排気ガスの空燃比を大きくして理論空燃比より僅かにリッチな空燃比とするリッチ化制御を実施することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記Ｓ被毒回復処理を実施する時にＮＯ_X吸蔵還元触媒装置へ流入させる排気ガスは、一方の気筒群から排出されるリーン空燃比の排気ガスと、他方の気筒群から排出されるリッチ空燃比の排気ガスとを合流させたものであり、前記三元触媒装置は前記一方の気筒群の排気通路と前記他方の気筒群の排気通路とにそれぞれ設けられ、前記リッチ化制御は、先ずは両方の気筒群から排出される排気ガスの空燃比をリッチとし、少なくとも一方の前記三元触媒装置から流出する排気ガスの空燃比がリッチとなった時には両方の気筒群から排出される排気ガスの空燃比を大きくして理論空燃比より僅かにリッチとすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記Ｓ被毒回復処理を実施している時にフューエルカットにより前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の吸蔵酸素量が増大した場合には、前記リッチ化制御によって前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置から流出する排気ガスの空燃比がリッチとなるまでは、前記Ｓ被毒回復処理を再開しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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