JP3551046B2 - 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】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流入する排気の空燃比がリーンのときに流入するＮＯＸ を吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯＸ を放出するＮＯＸ 吸収剤を機関排気通路内に配置すると共に、ＳＯＸ 吸収剤をＮＯＸ 吸収剤上流の機関排気通路内に配置し、ＳＯＸ 吸収剤は流入する排気の空燃比がリーンのときに流入するＳＯＸ を吸収し、ＳＯＸ 吸収剤の温度がＳＯＸ 放出温度よりも高いときに流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸収したＳＯＸ を放出し、ＳＯＸ 吸収剤とＮＯＸ 吸収剤との間に位置する機関排気通路からＮＯＸ 吸収剤をバイパスするバイパス通路を分岐すると共にバイパス通路の分岐部にＮＯＸ 吸収剤またはバイパス通路のいずれか一方に排気を流入させる切換弁を配置し、ＳＯＸ 吸収剤からＳＯＸ を放出させるべきときには排気がバイパス通路に流入する位置に切換弁を切換えかつＳＯＸ 吸収剤に流入する排気の空燃比をリッチにする内燃機関の排気浄化装置が公知である（特許第２６０５５８０号公報参照）。ＳＯＸ 吸収剤から放出されたＳＯＸ がＮＯＸ 吸収剤に流入するとＮＯＸ 吸収剤内に吸収される恐れがある。そこでこの排気浄化装置では、ＳＯＸ 吸収剤からＳＯＸ を放出させるべきときにはＳＯＸ 吸収剤からＳＯＸ を放出させるべきときには排気がバイパス通路に流入する位置に切換弁を切換えてＳＯＸ がＮＯＸ 吸収剤を迂回するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この排気浄化装置では、ＳＯＸ 吸収剤の温度は機関運転状態、正確に言うと車両操作者により定められる機関運転状態に応じて定められる。したがって、ＳＯＸ 吸収剤の温度がＳＯＸ 放出温度よりも高くなるのは例えば機関負荷が高くなったときであり、すなわち機関負荷が高いときにＳＯＸ 吸収剤のＳＯＸ 放出作用が行われる。しかしながら、機関負荷が高くなると機関から排出されるＮＯＸ 量が増大するにも関わらず、この多量のＮＯＸ がバイパス通路を介しＮＯＸ 吸収剤を迂回せしめられ、斯くして多量のＮＯＸ をＮＯＸ 吸収剤で還元、浄化できないという問題点がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、流入する排気の空燃比がリーンのときに流入するＮＯＸを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯＸを放出するＮＯＸ吸収剤を機関排気通路内に配置すると共に、ＳＯＸ吸収剤をＮＯＸ吸収剤上流の機関排気通路内に配置し、ＳＯＸ吸収剤は流入する排気の空燃比がリーンのときに流入するＳＯＸを吸収し、ＳＯＸ吸収剤の温度がＳＯＸ放出温度よりも高いときに流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸収したＳＯＸを放出し、ＳＯＸ吸収剤とＮＯＸ吸収剤との間に位置する機関排気通路からＮＯＸ吸収剤をバイパスするバイパス通路を分岐すると共にバイパス通路の分岐部にＮＯＸ吸収剤またはバイパス通路のいずれか一方に排気を流入させる切換弁を配置した内燃機関の排気浄化装置において、ＳＯＸ吸収剤の温度を制御する温度制御手段を具備し、ＳＯＸ 吸収剤に吸収されているＳＯＸ 量を求め、このＳＯＸ 量が予め定められた設定量よりも多くなったときには温度制御手段によりＳＯＸ吸収剤の温度をＳＯＸ放出温度よりも高くしかつＳＯＸ吸収剤に流入する排気の空燃比を理論空燃比またはリッチにすると共に、排気がバイパス通路に流入する位置に切換弁を切換え、機関負荷が許容最大負荷よりも高いときには、前記求められたＳＯＸ 量が前記設定量よりも多くても、温度制御手段によりＳＯＸ吸収剤の温度をＳＯＸ放出温度よりも高くすることと、ＳＯＸ吸収剤に流入する排気の空燃比を理論空燃比またはリッチにすることとのうち少なくとも一方を禁止すると共に、排気がＮＯＸ吸収剤に流入する位置に切換弁を保持するようにしている。すなわち１番目の発明では、機関から多量のＮＯＸが放出されるときにはＳＯＸ吸収剤からＳＯＸが放出されるのが阻止されつつ排気がＮＯＸ吸収剤に導かれる。したがって、多量のＮＯＸがＮＯＸ吸収剤を迂回するのが阻止される。
【０００５】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、機関負荷が許容最大負荷よりも低いときには温度制御手段によりＳＯＸ 吸収剤の温度をＳＯＸ 放出温度よりも高くしかつＳＯＸ 吸収剤に流入する排気の空燃比を理論空燃比またはリッチにすることを許容するようにしている。すなわち２番目の発明では、機関から排出されるＮＯＸ 量が少ないときにＳＯＸ 吸収剤からＳＯＸ を放出するのが可能となる。
【０００６】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、ＳＯＸ 吸収剤とＮＯＸ 吸収剤との間の排気通路内にＳＯＸ 吸収剤から流出するＳＯＸ 量を検出するＳＯＸ センサを配置し、ＳＯＸ センサにより検出されたＳＯＸ 量が許容最大ＳＯＸ 量よりも多いときには排気がバイパス通路に流入する位置に切換弁を切換えるようにしている。
【０００７】
すなわち３番目の発明では、ＳＯＸ吸収剤から流出するＳＯＸ量が許容最大ＳＯＸ量よりも多いときにはＳＯＸがＮＯＸ吸収剤を迂回せしめられる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、機関本体１は例えば四つの気筒を具備する。各気筒は対応する吸気枝管２を介してサージタンク３に接続され、サージタンク３は吸気ダクト４を介してエアクリーナ５に接続される。吸気ダクト４内にはスロットル弁６が配置される。また、各気筒には燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁７が取り付けられる。一方、各気筒は共通の排気マニホルド８を介してＳＯＸ 吸収剤９を内蔵したケーシング１０に連結され、ケーシング１０の出口部は排気管１１を介してＮＯＸ 吸収剤１２を内蔵したケーシング１３に連結される。ケーシング１３の入口部１３ａからはバイパス通路１４が分岐され、このバイパス通路１４はケーシング１３の出口部に接続された排気管１５に接続される。ケーシング１３の入口部１３ａからのバイパス通路１４の分岐部にはアクチュエータ１６によって制御される切換弁１７が配置される。この切換弁１７はアクチュエータ１６によって図１の実線で示されるようにバイパス通路１４の入口部を閉鎖しかつＮＯＸ 吸収剤１２への入口部を全開するバイパス閉位置と、図１の破線で示されるようにＮＯＸ 吸収剤１２への入口部を閉鎖しかつバイパス通路１４の入口部を全開するバイパス開位置とのいずれか一方の位置に制御される。本実施態様では通常運転時、切換弁１７はバイパス閉位置に保持されている。
【０００９】
電子制御ユニット２０はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス２１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、常時電力が供給されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）２５、入力ポート２６および出力ポート２７を具備する。サージタンク３にはサージタンク３内の絶対圧に比例した出力電圧を発生する圧力センサ２８が取り付けられ、排気管１１には排気管１１内を流通する排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ２９と、排気管１１内を流通する排気中のＳＯＸ 量に比例した出力電圧を発生するＳＯＸ センサ３０とが取り付けられる。圧力センサ２８により検出されるサージタンク３内の絶対圧は機関負荷を表しており、温度センサ２９により検出される排気の温度はＳＯＸ 吸収剤９の温度ＴＣＡＴを表している。これらセンサ２８，２９，３０の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器３１を介して入力ポート２６に入力される。また、入力ポート２６には機関回転数Ｎを表す出力パルスを発生する回転数センサ３２が接続される。一方、出力ポート２７は対応する駆動回路３３を介して各燃料噴射弁７、およびアクチュエータ１６に接続される。
【００１０】
本実施態様では、ｉ番気筒の燃料噴射時間ＴＡＵ（ｉ）は次式に基づいて算出される。
ＴＡＵ（ｉ）＝ＴＰ・（１＋Ｋ（ｉ））
ここでＴＰは基本燃料噴射時間、Ｋ（ｉ）はｉ番気筒の補正係数をそれぞれ表している。
【００１１】
基本燃料噴射時間ＴＰは各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比を理論空燃比にするのに必要な燃料噴射時間であって予め実験により求められている。この基本燃料噴射時間ＴＰはサージタンク３内の絶対圧ＰＭおよび機関回転数Ｎの関数として図２に示すマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。
補正係数Ｋ（ｉ）はｉ番気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比を制御するための係数であってＫ（ｉ）＝０であればｉ番気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比は理論空燃比となる。これに対してＫ（ｉ）＜０になればｉ番気筒で燃焼せしめら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（ｉ）＞０になればｉ番気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比は理論空燃比よりも小さくなる、即ちリッチとなる。
【００１２】
本実施態様では通常運転時、全ての気筒において補正係数Ｋ（ｉ）は−ＫＬ（ＫＬ＞０）に維持されており、したがって全気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比はリーンに維持されている。
図３は気筒から排出される排気中の代表的な成分の濃度を概略的に示している。図３からわかるように、気筒から排出される排気中の未燃ＨＣ，ＣＯの量は気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリッチになるほど増大し、気筒から排出される排気中の酸素Ｏ２ の量は気筒で燃料せしめられる混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。
【００１３】
ＮＯＸ 吸収剤１２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、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。排気通路内の或る位置よりも上流の排気通路内、燃焼室内、および吸気通路内に供給された全燃料量および全還元剤量に対する全空気量の比をその位置を流通する排気の空燃比と称すると、このＮＯＸ 吸収剤１２は流入する排気の空燃比がリーンのときにはＮＯＸ を吸収し、流入する排気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。なお、ＮＯＸ 吸収剤１２上流の排気通路内に燃料或いは空気が供給されない場合には流入する排気の空燃比は気筒に供給される全燃料量に対する全空気量の比に一致する。
【００１４】
上述のＮＯＸ 吸収剤１２を機関排気通路内に配置すればこのＮＯＸ 吸収剤１２は実際にＮＯＸ の吸放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについては明ら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（Ａ），４（Ｂ）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。
【００１５】
すなわち、流入する排気がかなりリーンになると流入する排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図４（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ２ がＯ２ − またはＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ２ − またはＯ２−と反応し、ＮＯ２ となる（２ＮＯ＋Ｏ２ →２ＮＯ２ ）。次いで生成されたＮＯ２ の一部は白金Ｐｔ上でさらにに酸化されつつ吸収剤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 − の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１２内に吸収される。
【００１６】
流入する排気中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ２ が生成され、吸収剤のＮＯＸ 吸収能力が飽和しない限りＮＯ２ が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ３ − が生成される。これに対して流入する排気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、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ３ − がＮＯ２ の形で吸収剤から放出される。すなわち、流入する排気中の酸素濃度が低下するとＮＯＸ 吸収剤１２からＮＯＸ が放出されることになる。流入する排気のリーンの度合が低くなれば流入する排気中の酸素濃度が低下し、したがって流入する排気のリーンの度合を低くすればＮＯＸ 吸収剤１２からＮＯＸ が放出されることになる。
【００１７】
一方、このときＮＯＸ 吸収剤１２に流入する排気の空燃比をリッチにすると図３に示されるようにこの排気中には多量のＨＣ，ＣＯが含まれ、これらＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２ − またはＯ２−と反応して酸化せしめられる。また、流入する排気の空燃比をリッチにすると流入する排気中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からＮＯ２ が放出され、このＮＯ２ は図４（Ｂ）に示されるようにＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ２ が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ２ が放出される。したがって流入する排気の空燃比をリッチにすると短時間のうちにＮＯＸ 吸収剤１２からＮＯＸ が放出されることになる。
【００１８】
上述したように通常運転時には全気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比はリーンに維持されており、切換弁１７はバイパス閉位置に保持されている。したがって、通常運転時に各気筒から排出される排気中のＮＯＸ はＮＯＸ 吸収剤１２に導かれてＮＯＸ 吸収剤１２に吸収される。ところが、ＮＯＸ 吸収剤１２のＮＯＸ 吸収能力には限界があるのでＮＯＸ 吸収剤１２のＮＯＸ 吸収能力が飽和する前にＮＯＸ 吸収剤１２からＮＯＸ を放出させる必要がある。そこで本実施態様では、ＮＯＸ 吸収剤１２の吸収ＮＯＸ 量を求め、この吸収ＮＯＸ 量が予め定められた設定量よりも多くなったときには全気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比を一時的にリッチにしてＮＯＸ 吸収剤１２からＮＯＸ を放出させると共に還元するようにしている。
【００１９】
すなわち、ＮＯＸ 吸収剤１２からＮＯＸ を放出させるべきときには全気筒の補正係数Ｋ（ｉ）がＫＮ（＞０）に一時的に切り換えられる。
ところが、燃料および機関の潤滑油内にはイオウ分が含まれているのでＮＯＸ 吸収剤１２に流入する排気中にはイオウ分例えばＳＯＸ が含まれており、ＮＯＸ 吸収剤１２にはＮＯＸ ばかりでなくＳＯＸ も吸収される。このＮＯＸ 吸収剤１２へのＳＯＸ の吸収メカニズムはＮＯＸ の吸収メカニズムと同じであると考えられる。
【００２０】
すなわち、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を担持させた場合を例にとって説明すると、前述したように流入する排気の空燃比がリーンのときには酸素Ｏ２ がＯ２ − またはＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気中のＳＯＸ 例えばＳＯ２ は白金Ｐｔの表面でＯ２ − またはＯ２−と反応してＳＯ３ となる。次いで生成されたＳＯ３ は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ吸収剤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−の形で吸収剤内に拡散する。次いでこの硫酸イオンＳＯ４ ２−はバリウムイオンＢａ２＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ４ を生成する。
【００２１】
しかしながらこの硫酸塩ＢａＳＯ４ は分解しずらく、流入する排気の空燃比を単にリッチにしても硫酸塩ＢａＳＯ４ は分解されずにそのまま残る。したがってＮＯＸ 吸収剤１２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ＮＯＸ 吸収剤１２が吸収しうるＮＯＸ 量が低下することになる。
【００２２】
そこで本実施態様では、ＳＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１２に流入しないようにＮＯＸ 吸収剤１２上流の排気通路内にＳＯＸ 吸収剤９を配置している。このＳＯＸ 吸収剤９は流入する排気の空燃比がリーンのときにＳＯＸ を吸収し、ＳＯＸ 吸収剤９の温度がＳＯＸ 放出温度よりも高いときに流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＳＯＸ を放出する。
【００２３】
上述したように通常運転時に全気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比はリーンであるので気筒から排出されるＳＯＸ はＳＯＸ 吸収剤９に吸収され、ＮＯＸ 吸収剤１２にはＮＯＸ のみが吸収されることになる。
ところがＳＯＸ 吸収剤９のＳＯＸ 吸収能力にも限界があり、ＳＯＸ 吸収剤９のＳＯＸ 吸収能力が飽和する前にＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させる必要がある。そこで本実施態様では、ＳＯＸ 吸収剤９の吸収ＳＯＸ 量を求め、この吸収ＳＯＸ 量が予め定められた設定量よりも多くなったときにＳＯＸ 吸収剤９の温度を一時的にＳＯＸ 放出温度よりも高くすると共にＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比を一時的にリッチにしてＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるようにしている。なお、ＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるべきときにＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比を理論空燃比にしてもよいが、この場合単位時間当たりにＳＯＸ 吸収剤９から放出されるＳＯＸ 量が少なくなる。
【００２４】
ところで、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気中に多量の酸素と多量のＨＣとが同時に含まれていると、これら酸素およびＨＣがＳＯＸ 吸収剤９において反応するためにこの反応熱でもってＳＯＸ 吸収剤９を加熱することができる。この場合、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもわずかばかりリッチであるとＨＣをＳＯＸ 吸収剤９の加熱作用およびＳＯＸ 放出作用のために有効に利用することができる。一方、図３に示されるように気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリッチにすれば排気中に多量のＨＣが含まれ、リーンにすれば排気中に多量の酸素が含まれる。そこで本実施態様では、ＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるべきときには１番気筒＃１および４番気筒＃４で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリッチにして多量のＨＣが含まれる排気を形成し、２番気筒＃２および３番気筒＃３で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリーンにして多量の酸素が含まれる排気を形成すると共に、これら混合排気の空燃比がわずかばかりリッチになるようにしてＳＯＸ 吸収剤９をＳＯＸ 放出温度まで加熱し、それによりＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるようにしている。このようにすると、機関から排出される排気の温度が低くても、ＳＯＸ 吸収剤９をＳＯＸ 放出温度まで加熱することが可能となる。
【００２５】
すなわち一般的に言うと、機関の気筒を第１の気筒群と第２の気筒群とに分割し、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する混合排気の目標空燃比を理論空燃比よりもわずかばかりリッチに設定し、第１の気筒群で燃焼せしめられる混合気の目標空燃比を混合排気の目標空燃比に対しリッチに設定しかつ第２の気筒群で燃焼せしめられる混合気の目標空燃比を混合排気の目標空燃比に対しリーンに設定すると共に、第１の気筒群で燃焼せしめられる混合気の空燃比および第２の気筒群で燃焼せしめられる混合気の空燃比がそれぞれ対応する目標空燃比のときに混合排気の空燃比がその目標空燃比となるように第１の気筒群で燃焼せしめられる混合気の目標空燃比と第２の気筒群で燃焼せしめられる混合気の目標空燃比とを設定しているということになる。また、機関の排気行程順序は＃１−＃３−＃４−＃２であるので本実施態様では、機関の気筒が第１の気筒群と、第１の気筒群と排気行程が重ならない第２の気筒群とに分割されていることになる。
【００２６】
本実施態様では、ＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるべきときには１番気筒および４番気筒の補正係数Ｋ（１），Ｋ（４）がＫＳ＋ａ（ＫＳ，ａ＞０）とされ、２番気筒および３番気筒の補正係数Ｋ（２），Ｋ（３）が−ＫＳとされる。したがって、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する混合排気の空燃比は小さな一定数ａに相当する分だけリッチにせしめられる。なお、ａ＝０とすればＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比が理論空燃比になる。
【００２７】
ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比をリッチにしたときにＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ が容易に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−の形で吸収剤内に存在するか、或いは硫酸塩ＢａＳＯ４ が生成されたとしても硫酸塩ＢａＳＯ４ が安定しない状態で吸収剤内に存在するようにすることが必要となる。これを可能にするＳＯＸ 吸収剤９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担持した吸収剤を用いることができる。或いは、ＳＯＸ 吸収剤９にＳＯＸ を確実に吸収させるためにＳＯＸ 吸収剤９のアルカリ度をＮＯＸ 吸収剤１２よりも高くしてＳＯＸ をＳＯＸ 吸収剤９内に比較的安定な硫酸塩の形で保持する方がよいという考え方もある。これを可能にするＳＯＸ 吸収剤としては例えばアルミナからなる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、カルシウムＣａのようなアルカリ土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とを担持した吸収剤を用いることができる。
【００２８】
ＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるべきときに切換弁１７がバイパス閉位置に保持されているとＳＯＸ 吸収剤９から流出した排気がＮＯＸ 吸収剤１２内に流入する。この場合、ＮＯＸ 吸収剤１２に流入する排気の空燃比はリッチであるので、このときＳＯＸ 吸収剤９から放出されたＳＯＸ はＮＯＸ 吸収剤１２に吸収されることなくＮＯＸ 吸収剤１２を通過すると考えられる。しかしながら、例えばＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比がリーンからリッチに切換えられた直後はＮＯＸ 吸収剤１２の表面に未だ酸素が残存しており、ＮＯＸ 吸収剤１２表面では酸素濃度が低下していないためにＳＯＸ 吸収剤９から放出されたＳＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１２内に吸収される恐れがある。或いは、流入する排気中に酸素が含まれているとＮＯＸ 吸収剤１２に流入する排気の空燃比がリッチであってもＮＯＸ 吸収剤１２にＳＯＸ が吸収されるという考え方もある。
【００２９】
そこで本実施態様では、ＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるべきときには切換弁１７をバイパス開位置に切換え、それによりＳＯＸ 吸収剤９から放出されたＳＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１２内に流入しないようにしている。
ところが、機関負荷が高いときに切換弁１７がバイパス開位置に切換えられるとこのとき機関から排出される多量のＮＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１２を迂回せしめられ、斯くして多量のＮＯＸ をＮＯＸ 吸収剤１２で還元、浄化できない。
【００３０】
そこで本実施態様では、機関負荷を表すサージタンク３内の絶対圧が予め定められた許容最大値よりも大きいときには切換弁１７バイパス閉位置に保持すると共に、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比をリッチにすることと、ＳＯＸ 吸収剤９の温度をＳＯＸ 放出温度よりも高くすることとの両方を禁止してＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ が放出されないようにしている。したがって、機関から排出される多量のＮＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１２に導かれ、ＮＯＸ 吸収剤１２で還元、浄化される。なお、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比をリッチにすることと、ＳＯＸ 吸収剤９の温度をＳＯＸ 放出温度よりも高くすることとのうち少なくとも一方を禁止してもＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ が放出されるのを阻止することができる。
【００３１】
すなわち本実施態様では、ＳＯＸ 吸収剤９の吸収ＳＯＸ 量が設定量よりも多くなったときにサージタンク３内の絶対圧が許容最大値よりも大きいときには切換弁１７はバイパス閉位置に保持されると共に、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比がリーンに維持され、ＳＯＸ 吸収剤９の加熱作用も行われない。これに対し、ＳＯＸ 吸収剤９の吸収ＳＯＸ 量が設定量よりも多くなったときにサージタンク３内の絶対圧が許容最大値よりも小さいときには切換弁１７がバイパス開位置に切換えられ、このときＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比がリッチに切換えられ、ＳＯＸ 吸収剤９が加熱される。このとき機関から排出されるＮＯＸ 量は少なく、したがってＮＯＸ 吸収剤１２を迂回するＮＯＸ 量が少量に維持される。
【００３２】
なお、このように吸収ＳＯＸ 量が設定量よりも多くなったときにサージタンク３内の絶対圧が許容最大値よりも小さいときにＳＯＸ 吸収剤９のＳＯＸ 放出作用が行なわれるようにした場合には、吸収ＳＯＸ 量が設定量よりも多くなったときにサージタンク３内の絶対圧が許容最大値よりも大きいときにＳＯＸ 吸収剤９のＳＯＸ 放出作用を必ずしも禁止しなくてもよい。或いは、吸収ＳＯＸ 量が設定量よりも多くなったときにサージタンク３内の絶対圧が許容最大値よりも大きい状態の頻度に比べて、この状態で実際にＳＯＸ 吸収剤９のＳＯＸ 放出作用が行われる頻度を低減するようにしてもよい。
【００３３】
上述したように通常運転時には、切換弁１７がバイパス閉位置に保持されると共に、全気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持される。ところが、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比がたとえリーンであってもＳＯＸ 吸収剤９の温度が過度に高くなるとＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ が放出される。或いは、ＮＯＸ 吸収剤１２からＮＯＸ 放出させるために全気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリッチにされたときにＳＯＸ 吸収剤９の温度がＳＯＸ 放出温度よりも高いと、ＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ が放出される。さらに、例えば全負荷運転時や機関加速運転時に全気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリッチにするようにした内燃機関では、ＳＯＸ 吸収剤９を放出させるべきときでなくてもＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ が放出されうる。このとき、切換弁１７がバイパス閉位置に保持されているとＳＯＸ 吸収剤９から放出されたＳＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１２内に吸収されてしまう。
【００３４】
そこで本実施態様では、ＳＯＸ 吸収剤９から流出するＳＯＸ を検出するＳＯＸ センサ３０を設け、通常運転時にＳＯＸ センサ３０により検出された検出ＳＯＸ 量が許容最大ＳＯＸ 量よりも多いときには切換弁１７をバイパス開位置に切換えてＳＯＸ 吸収剤９から放出されたＳＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１２を迂回するようにしている。また、このとき、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比をわずかばかりリッチにしかつＳＯＸ 吸収剤９をＳＯＸ 放出温度まで加熱し、それによりＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるようにしている。その結果、排気がＮＯＸ 吸収剤１２を迂回せしめられる期間をＳＯＸ 放出作用のために有効に利用することができる。
【００３５】
次に、図５のタイムチャートを参照して本実施態様を詳細に説明する。
図５の時間ａではＳＯＸ 吸収剤９の吸収ＳＯＸ 量ＳＳが設定量ＳＳ１よりも大きくなる。このとき、サージタンク３内の絶対圧ＰＭが許容最大値ＰＭ１よりも低いのでＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｉがリーンからリッチに切換えられ、切換弁１７がバイパス閉位置からバイパス開位置に切換えられる。その結果、ＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ が放出され、ＳＯＸ センサ３０による検出ＳＯＸ 量ＤＳが増大する。絶対圧ＰＭが許容最大値ＰＭ１よりも低い限り、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｉはリッチに維持され、切換弁１７はバイパス開位置に保持される。
【００３６】
次いで、時間ｂとなって検出ＳＯＸ 量ＤＳが小さな設定値ＤＳ２よりも小さくなると、ＳＯＸ 吸収剤９に吸収されているＳＯＸ がほとんど放出されたと判断され、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｉがリーンに戻され、切換弁１７がバイパス閉位置に戻される。その結果、吸収ＳＯＸ 量ＳＳが再び増加する。
【００３７】
一方、時間ｃにおけるように吸収ＳＯＸ 量ＳＳが設定量ＳＳ１よりも大きくなっても絶対圧ＰＭが許容最大値ＰＭ１よりも高いときにはＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｉはリーンに維持され、切換弁１７はバイパス閉位置に保持される。次いで、時間ｄとなって絶対圧ＰＭが許容最大値ＰＭ１よりも低くなるとＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｉがリッチに切換えられ、切換弁１７がバイパス開位置に切換えられる。次いで、時間ｅとなって絶対圧ＰＭが許容最大値ＰＭ１よりも高くなると、検出ＳＯＸ 量ＤＳが設定値ＤＳ２よりも大きくても、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｉがリーンに戻され、切換弁１７がバイパス閉位置に戻される。
【００３８】
一方、時間ｆにおけるようにＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｉがリーンに維持され、切換弁１７がバイパス閉位置に維持されているときに検出ＳＯＸ 量ＤＳが許容最大ＳＯＸ 量ＤＳ１よりも多くなったときには、絶対圧ＰＭが許容最大値ＰＭ１よりも高くても、吸収ＳＯＸ 量ＳＳが設定量ＳＳ１よりも少なくても、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｉがリッチに切換えられ、切換弁１７がバイパス開位置に切換えられる。次いで、時間ｇとなって検出ＳＯＸ 量ＤＳが設定値ＤＳ２よりも少なくなるとＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｉがリーンに戻され、切換弁１７がバイパス閉位置に戻される。
【００３９】
図６および図７はＳＯＸ フラグおよび切換弁を制御するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間ＤＬＴ毎の割り込みによって実行される。
図６および図７を参照すると、まずステップ４０ではＳＯＸ フラグがセットされているか否かが判別される。このＳＯＸ フラグはＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるべきときにセットされ、それ以外はリセットされる。ＳＯＸ フラグがリセットされているときには次いでステップ４１に進み、ＳＯＸ 吸収剤９の吸収ＳＯＸ 量ＳＳが算出される。すなわち、吸収ＳＯＸ 量は機関１から排出されるＳＯＸ 量に依存し、単位時間当たり機関１から排出されるＳＯＸ 量はサージタンク３内の絶対圧ＰＭが高くなるにつれて増大し、機関回転数Ｎが高くなるにつれて増大する。したがって、前回のルーチンから今回のルーチンまでにＳＯＸ 吸収剤９に吸収されたＳＯＸ 量はＬＳを定数としてＬＳ・ＰＭ・Ｎ・ＤＬＴで表される。そこで、ＬＳ・ＰＭ・Ｎ・ＤＬＴを積算することにより吸収ＳＯＸ 量を推定するようにしている（ＳＳ＝ＳＳ＋ＬＳ・ＰＭ・Ｎ・ＤＬＴ）。
続くステップ４２では、吸収ＳＯＸ 量ＳＳが設定量ＳＳ１よりも大きいか否かが判別される。この設定量ＳＳ１は例えばＳＯＸ 吸収剤９が吸収しうる最大ＳＯＸ 量の３０パーセント程度である。ＳＳ＞ＳＳ１のときには次いでステップ４３に進み、サージタンク３内の絶対圧ＰＭが許容最大圧ＰＭ１よりも高いか否かが判別される。ＰＭ＞ＰＭ１のとき、すなわちＳＳ＞ＳＳ１かつＰＭ＞ＰＭ１のときには次いでステップ４４に進み、ＳＯＸ フラグがセットされる。続くステップ４５では切換弁１７がバイパス開位置に切り換えられる。これに対し、ステップ４２でＳＳ≦ＳＳ１のとき、またはステップ４３でＰＭ≦ＰＭ１のときには次いでステップ４６に進み、検出ＳＯＸ 量ＤＳが許容最大ＳＯＸ 量ＤＳ１よりも多いか否かが判別される。ＤＳ≦ＤＳ１のときには処理サイクルを終了する。ＤＳ＞ＤＳ１のときには次いでステップ４７に進み、強制フラグをセットした後にステップ４４および４５に進む。この強制フラグは絶対圧ＰＭが許容最大値ＰＭ１よりも高いときにＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるべきときにセットされ、それ以外はリセットされる。
【００４０】
ＳＯＸ フラグがセットされたときにはステップ４０からステップ４８に進み、ＳＯＸ 吸収剤９のＳＯＸ 放出作用が行われている時間を表すカウンタ値ＣＳが１だけインクリメントされる。続くステップ４９では単位時間当たりＳＯＸ 吸収剤９から放出されるＳＯＸ 量ＲＳが図８（Ｂ）のマップから算出される。図８（Ａ）に示されるように、単位時間当たりＳＯＸ 吸収剤９から放出されるＳＯＸ 量ＲＳはＳＯＸ 吸収剤９の温度ＴＣＡＴがＳＯＸ 放出温度ＴＲよりも低いとほぼ零に維持される。一方、ＴＣＡＴ＞ＴＲのときにはＲＳはＴＣＡＴが高くなるにつれて増大し、カウンタ値ＣＳが大きくなるにつれて小さくなる。このＲＳはＳＯＸ 吸収剤９の温度ＴＣＡＴおよびカウンタ値ＣＳの関数として図８（Ｂ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。
【００４１】
続くステップ５０ではＳＯＸ 吸収剤９の吸収ＳＯＸ 量が算出される（ＳＳ＝ＳＳ−ＲＳ・ＤＬＴ）続くステップ５１では、検出ＳＯＸ 量が設定値ＤＳ２よりも小さいか否かが判別される。ＤＳ≧ＤＳ２のときには次いでステップ５２に進み、強制フラグがセットされているか否かが判別される。強制フラグがセットされているときには処理サイクルを終了する。強制フラグがセットされていないときには次いでステップ５３に進み、絶対圧ＰＭが許容最大値ＰＭ１よりも高いか否かが判別される。ＰＭ≧ＰＭ１のときには処理サイクルを終了する。
【００４２】
これに対し、ステップ５１でＤＳ＜ＤＳ２のとき、またはステップ５３でＰＭ＜ＰＭ１のときには次いでステップ５４に進み、ＳＯＸ フラグがリセットされる。続くステップ５５では切換弁１７がバイパス閉位置に戻される。続くステップ５６ではカウンタ値ＣＳがクリアされる。続くステップ５７では強制フラグがリセットされ、或いはリセット状態に保持される。
【００４３】
図９はＮＯＸ フラグを制御するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間ＤＬＴ毎の割り込みによって実行される。
図９を参照すると、まずステップ６０ではＳＯＸ フラグがセットされているか否かが判別される。ＳＯＸ フラグがセットされているときには処理サイクルを終了し、ＳＯＸ フラグがリセットされているときには次いでステップ６１に進み、ＮＯＸ フラグがセットされているか否かが判別される。このＮＯＸ フラグはＮＯＸ 吸収剤１２からＮＯＸ を放出させるべきときにセットされ、それ以外はリセットされる。ＮＯＸ フラグがリセットされているときには次いでステップ６２に進み、ＮＯＸ 吸収剤１２の吸収ＮＯＸ 量ＳＮが算出される。すなわち、吸収ＮＯＸ 量は機関１から排出されるＮＯＸ 量に依存し、単位時間当たり機関１から排出されるＮＯＸ 量はサージタンク３内の絶対圧ＰＭが高くなるにつれて増大し、機関回転数Ｎが高くなるにつれて増大する。したがって、前回のルーチンから今回のルーチンまでにＮＯＸ 吸収剤１２に吸収されたＮＯＸ 量はＬＮを定数としてＬＮ・ＰＭ・Ｎ・ＤＬＴで表される。そこで、ＬＳ・ＰＭ・Ｎ・ＤＬＴを積算することにより吸収ＮＯＸ 量を推定するようにしている（ＳＮ＝ＳＮ＋ＬＮ・ＰＭ・Ｎ・ＤＬＴ）。
【００４４】
続くステップ６３では、吸収ＮＯＸ 量ＳＮが設定量ＳＮ１よりも大きいか否かが判別される。この設定量ＳＮ１は例えばＮＯＸ 吸収剤１２が吸収しうる最大ＮＯＸ 量の３０パーセント程度である。ＳＮ≦ＳＮ１のときには処理サイクルを終了し、ＳＮ＞ＳＮ１のときには次いでステップ６４に進んでＮＯＸ フラグがセットされる。
【００４５】
ＮＯＸ フラグがセットされたときにはステップ６１からステップ６５に進み、ＮＯＸ 吸収剤１２のＮＯＸ 放出作用が行われている時間を表すカウンタ値ＣＮが１だけインクリメントされる。続くステップ６６ではカウンタ値ＣＮが設定値ＣＮ１よりも大きいか否かが判別される。ＣＮ≦ＣＮ１のときには処理サイクルを終了する。ＣＮ＞ＣＮ１のときにはＮＯＸ 吸収剤１２に吸収されているＮＯＸ がほとんど放出されたと判断し、次いでステップ６７に進んでＮＯＸ フラグをリセットする。続くステップ６８ではカウント値ＣＮがクリアされる。
【００４６】
図１０はｉ番気筒の燃料噴射時間ＴＡＵ（ｉ）を算出するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定クランク角度毎の割り込みによって実行される。
図１０を参照すると、まずステップ７０ではパラメータｉが繰り返し１，２，３，４とされる。続くステップ７１では図２のマップから基本燃料噴射時間ＴＰが算出される。続くステップ７２ではＳＯＸ フラグがセットされているか否かが判別される。ＳＯＸ フラグがリセットされているときには次いでステップ７３に進み、ＮＯＸ フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯＸ フラグがリセットされているとき、すなわちＳＯＸ フラグもＮＯＸ フラグもリセットされているときには次いでステップ７３に進み、全ての気筒の補正係数Ｋ（ｉ）が−ＫＬとされる。次いでステップ７８に進む。
【００４７】
一方、ステップ７３でＮＯＸ フラグがセットされているときには次いでステップ７５に進み、全ての気筒の補正係数Ｋ（ｉ）がＫＮとされる。次いでステップ７８に進む。一方、ステップ７２でＳＯＸ フラグがセットされているときには次いでステップ７６に進み、１番気筒および４番気筒の補正係数Ｋ（１），Ｋ（４）がそれぞれＫＳ＋ａとされる。続くステップ７７では２番気筒および３番気筒の補正係数Ｋ（２），Ｋ（３）がそれぞれ−ＫＳとされる。次いでステップ７８に進む。
【００４８】
ステップ７８では次式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵ（ｉ）が算出される。
ＴＡＵ（ｉ）＝ＴＰ・（１＋Ｋ（ｉ））
これまで述べてきた実施態様では本発明を火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら、本発明をディーゼル機関に適用することもできる。この場合、ＳＯＸ 吸収剤９上流の排気通路内に還元剤供給装置を設け、この還元剤供給装置から排気通路内に還元剤を供給することによりＳＯＸ 吸収剤９またはＮＯＸ 吸収剤１２内に流入する排気の空燃比をリッチにすることができる。或いは、機関爆発行程または排気行程に燃料噴射弁７から燃料を２次的に噴射することにより気筒から排出される排気の空燃比をリッチにすることもできる。
【００４９】
また、これまで述べてきた実施態様では単一のＳＯＸ 吸収剤９が設けられている。しかしながら、例えば１番気筒および２番気筒に対し一つのＳＯＸ 吸収剤を設け、３番気筒および４番気筒に対し別のＳＯＸ 吸収剤を設けるようにすることもできる。この場合、１番気筒および３番気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリッチにし、２番気筒および４番気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリーンにし、各ＳＯＸ 吸収剤に流入する混合排気の空燃比をわずかばかりリッチにすることにより各ＳＯＸ 吸収剤からＳＯＸ を放出させることができる。
【００５０】
また、これまで述べてきた実施態様ではＮＯＸ 吸収剤またＳＯＸ 吸収剤からＮＯＸ またはＳＯＸ を放出させるためにＮＯＸ 吸収剤またはＳＯＸ 吸収剤に流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチになるようにしている。しかしながら、流入する排気中の酸素濃度が低下していれば流入する排気の空燃比をリーンにしてもよい。この場合、ＨＣのような還元剤がＮＯＸ 吸収剤またはＳＯＸ 吸収剤の表面に付着し、局所的に還元雰囲気を形成すると考えられている。
【００５１】
【発明の効果】
ＳＯＸ 吸収剤から放出されたＳＯＸ がＮＯＸ 吸収剤に流入するのを阻止しつつ、多量のＮＯＸ がＮＯＸ 吸収剤を迂回せしめられるのを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】基本燃料噴射時間ＴＰのマップを示す図である。
【図３】機関から排出される排気中の未燃ＨＣ、ＣＯおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。
【図４】ＮＯＸ の球放出作用を説明するための図である。
【図５】ＳＯＸ 吸収剤に流入する排気の空燃比および切換弁の切換え作用を説明するためのタイムチャートである。
【図６】ＳＯＸ フラグおよび切換弁を制御するためのフローチャートである。
【図７】ＳＯＸ フラグおよび切換弁を制御するためのフローチャートである。
【図８】単位時間当たりＳＯＸ 吸収剤から放出されるＳＯＸ 量ＲＳのマップを示す図である。
【図９】ＮＯＸ フラグを制御するためのフローチャートである。
【図１０】燃料噴射時間ＴＡＵ（ｉ）を算出するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
８…排気マニホルド
９…ＳＯＸ 吸収剤
１２…ＮＯＸ 吸収剤
１４…バイパス通路
１７…切換弁
【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】
流入する排気の空燃比がリーンのときに流入するＮＯＸ を吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯＸ を放出するＮＯＸ 吸収剤を機関排気通路内に配置すると共に、ＳＯＸ 吸収剤をＮＯＸ 吸収剤上流の機関排気通路内に配置し、ＳＯＸ 吸収剤は流入する排気の空燃比がリーンのときに流入するＳＯＸ を吸収し、ＳＯＸ 吸収剤の温度がＳＯＸ 放出温度よりも高いときに流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸収したＳＯＸ を放出し、ＳＯＸ 吸収剤とＮＯＸ 吸収剤との間に位置する機関排気通路からＮＯＸ 吸収剤をバイパスするバイパス通路を分岐すると共にバイパス通路の分岐部にＮＯＸ 吸収剤またはバイパス通路のいずれか一方に排気を流入させる切換弁を配置し、ＳＯＸ 吸収剤からＳＯＸ を放出させるべきときには排気がバイパス通路に流入する位置に切換弁を切換えかつＳＯＸ 吸収剤に流入する排気の空燃比をリッチにする内燃機関の排気浄化装置が公知である（特許第２６０５５８０号公報参照）。ＳＯＸ 吸収剤から放出されたＳＯＸ がＮＯＸ 吸収剤に流入するとＮＯＸ 吸収剤内に吸収される恐れがある。そこでこの排気浄化装置では、ＳＯＸ 吸収剤からＳＯＸ を放出させるべきときにはＳＯＸ 吸収剤からＳＯＸ を放出させるべきときには排気がバイパス通路に流入する位置に切換弁を切換えてＳＯＸ がＮＯＸ 吸収剤を迂回するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この排気浄化装置では、ＳＯＸ 吸収剤の温度は機関運転状態、正確に言うと車両操作者により定められる機関運転状態に応じて定められる。したがって、ＳＯＸ 吸収剤の温度がＳＯＸ 放出温度よりも高くなるのは例えば機関負荷が高くなったときであり、すなわち機関負荷が高いときにＳＯＸ 吸収剤のＳＯＸ 放出作用が行われる。しかしながら、機関負荷が高くなると機関から排出されるＮＯＸ 量が増大するにも関わらず、この多量のＮＯＸ がバイパス通路を介しＮＯＸ 吸収剤を迂回せしめられ、斯くして多量のＮＯＸ をＮＯＸ 吸収剤で還元、浄化できないという問題点がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、流入する排気の空燃比がリーンのときに流入するＮＯＸを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯＸを放出するＮＯＸ吸収剤を機関排気通路内に配置すると共に、ＳＯＸ吸収剤をＮＯＸ吸収剤上流の機関排気通路内に配置し、ＳＯＸ吸収剤は流入する排気の空燃比がリーンのときに流入するＳＯＸを吸収し、ＳＯＸ吸収剤の温度がＳＯＸ放出温度よりも高いときに流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸収したＳＯＸを放出し、ＳＯＸ吸収剤とＮＯＸ吸収剤との間に位置する機関排気通路からＮＯＸ吸収剤をバイパスするバイパス通路を分岐すると共にバイパス通路の分岐部にＮＯＸ吸収剤またはバイパス通路のいずれか一方に排気を流入させる切換弁を配置した内燃機関の排気浄化装置において、ＳＯＸ吸収剤の温度を制御する温度制御手段を具備し、ＳＯＸ 吸収剤に吸収されているＳＯＸ 量を求め、このＳＯＸ 量が予め定められた設定量よりも多くなったときには温度制御手段によりＳＯＸ吸収剤の温度をＳＯＸ放出温度よりも高くしかつＳＯＸ吸収剤に流入する排気の空燃比を理論空燃比またはリッチにすると共に、排気がバイパス通路に流入する位置に切換弁を切換え、機関負荷が許容最大負荷よりも高いときには、前記求められたＳＯＸ 量が前記設定量よりも多くても、温度制御手段によりＳＯＸ吸収剤の温度をＳＯＸ放出温度よりも高くすることと、ＳＯＸ吸収剤に流入する排気の空燃比を理論空燃比またはリッチにすることとのうち少なくとも一方を禁止すると共に、排気がＮＯＸ吸収剤に流入する位置に切換弁を保持するようにしている。すなわち１番目の発明では、機関から多量のＮＯＸが放出されるときにはＳＯＸ吸収剤からＳＯＸが放出されるのが阻止されつつ排気がＮＯＸ吸収剤に導かれる。したがって、多量のＮＯＸがＮＯＸ吸収剤を迂回するのが阻止される。
【０００５】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、機関負荷が許容最大負荷よりも低いときには温度制御手段によりＳＯＸ 吸収剤の温度をＳＯＸ 放出温度よりも高くしかつＳＯＸ 吸収剤に流入する排気の空燃比を理論空燃比またはリッチにすることを許容するようにしている。すなわち２番目の発明では、機関から排出されるＮＯＸ 量が少ないときにＳＯＸ 吸収剤からＳＯＸ を放出するのが可能となる。
【０００６】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、ＳＯＸ 吸収剤とＮＯＸ 吸収剤との間の排気通路内にＳＯＸ 吸収剤から流出するＳＯＸ 量を検出するＳＯＸ センサを配置し、ＳＯＸ センサにより検出されたＳＯＸ 量が許容最大ＳＯＸ 量よりも多いときには排気がバイパス通路に流入する位置に切換弁を切換えるようにしている。
【０００７】
すなわち３番目の発明では、ＳＯＸ吸収剤から流出するＳＯＸ量が許容最大ＳＯＸ量よりも多いときにはＳＯＸがＮＯＸ吸収剤を迂回せしめられる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、機関本体１は例えば四つの気筒を具備する。各気筒は対応する吸気枝管２を介してサージタンク３に接続され、サージタンク３は吸気ダクト４を介してエアクリーナ５に接続される。吸気ダクト４内にはスロットル弁６が配置される。また、各気筒には燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁７が取り付けられる。一方、各気筒は共通の排気マニホルド８を介してＳＯＸ 吸収剤９を内蔵したケーシング１０に連結され、ケーシング１０の出口部は排気管１１を介してＮＯＸ 吸収剤１２を内蔵したケーシング１３に連結される。ケーシング１３の入口部１３ａからはバイパス通路１４が分岐され、このバイパス通路１４はケーシング１３の出口部に接続された排気管１５に接続される。ケーシング１３の入口部１３ａからのバイパス通路１４の分岐部にはアクチュエータ１６によって制御される切換弁１７が配置される。この切換弁１７はアクチュエータ１６によって図１の実線で示されるようにバイパス通路１４の入口部を閉鎖しかつＮＯＸ 吸収剤１２への入口部を全開するバイパス閉位置と、図１の破線で示されるようにＮＯＸ 吸収剤１２への入口部を閉鎖しかつバイパス通路１４の入口部を全開するバイパス開位置とのいずれか一方の位置に制御される。本実施態様では通常運転時、切換弁１７はバイパス閉位置に保持されている。
【０００９】
電子制御ユニット２０はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス２１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、常時電力が供給されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）２５、入力ポート２６および出力ポート２７を具備する。サージタンク３にはサージタンク３内の絶対圧に比例した出力電圧を発生する圧力センサ２８が取り付けられ、排気管１１には排気管１１内を流通する排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ２９と、排気管１１内を流通する排気中のＳＯＸ 量に比例した出力電圧を発生するＳＯＸ センサ３０とが取り付けられる。圧力センサ２８により検出されるサージタンク３内の絶対圧は機関負荷を表しており、温度センサ２９により検出される排気の温度はＳＯＸ 吸収剤９の温度ＴＣＡＴを表している。これらセンサ２８，２９，３０の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器３１を介して入力ポート２６に入力される。また、入力ポート２６には機関回転数Ｎを表す出力パルスを発生する回転数センサ３２が接続される。一方、出力ポート２７は対応する駆動回路３３を介して各燃料噴射弁７、およびアクチュエータ１６に接続される。
【００１０】
本実施態様では、ｉ番気筒の燃料噴射時間ＴＡＵ（ｉ）は次式に基づいて算出される。
ＴＡＵ（ｉ）＝ＴＰ・（１＋Ｋ（ｉ））
ここでＴＰは基本燃料噴射時間、Ｋ（ｉ）はｉ番気筒の補正係数をそれぞれ表している。
【００１１】
基本燃料噴射時間ＴＰは各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比を理論空燃比にするのに必要な燃料噴射時間であって予め実験により求められている。この基本燃料噴射時間ＴＰはサージタンク３内の絶対圧ＰＭおよび機関回転数Ｎの関数として図２に示すマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。
補正係数Ｋ（ｉ）はｉ番気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比を制御するための係数であってＫ（ｉ）＝０であればｉ番気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比は理論空燃比となる。これに対してＫ（ｉ）＜０になればｉ番気筒で燃焼せしめら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（ｉ）＞０になればｉ番気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比は理論空燃比よりも小さくなる、即ちリッチとなる。
【００１２】
本実施態様では通常運転時、全ての気筒において補正係数Ｋ（ｉ）は−ＫＬ（ＫＬ＞０）に維持されており、したがって全気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比はリーンに維持されている。
図３は気筒から排出される排気中の代表的な成分の濃度を概略的に示している。図３からわかるように、気筒から排出される排気中の未燃ＨＣ，ＣＯの量は気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリッチになるほど増大し、気筒から排出される排気中の酸素Ｏ２ の量は気筒で燃料せしめられる混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。
【００１３】
ＮＯＸ 吸収剤１２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、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。排気通路内の或る位置よりも上流の排気通路内、燃焼室内、および吸気通路内に供給された全燃料量および全還元剤量に対する全空気量の比をその位置を流通する排気の空燃比と称すると、このＮＯＸ 吸収剤１２は流入する排気の空燃比がリーンのときにはＮＯＸ を吸収し、流入する排気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。なお、ＮＯＸ 吸収剤１２上流の排気通路内に燃料或いは空気が供給されない場合には流入する排気の空燃比は気筒に供給される全燃料量に対する全空気量の比に一致する。
【００１４】
上述のＮＯＸ 吸収剤１２を機関排気通路内に配置すればこのＮＯＸ 吸収剤１２は実際にＮＯＸ の吸放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについては明ら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（Ａ），４（Ｂ）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。
【００１５】
すなわち、流入する排気がかなりリーンになると流入する排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図４（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ２ がＯ２ − またはＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ２ − またはＯ２−と反応し、ＮＯ２ となる（２ＮＯ＋Ｏ２ →２ＮＯ２ ）。次いで生成されたＮＯ２ の一部は白金Ｐｔ上でさらにに酸化されつつ吸収剤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 − の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１２内に吸収される。
【００１６】
流入する排気中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ２ が生成され、吸収剤のＮＯＸ 吸収能力が飽和しない限りＮＯ２ が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ３ − が生成される。これに対して流入する排気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、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ３ − がＮＯ２ の形で吸収剤から放出される。すなわち、流入する排気中の酸素濃度が低下するとＮＯＸ 吸収剤１２からＮＯＸ が放出されることになる。流入する排気のリーンの度合が低くなれば流入する排気中の酸素濃度が低下し、したがって流入する排気のリーンの度合を低くすればＮＯＸ 吸収剤１２からＮＯＸ が放出されることになる。
【００１７】
一方、このときＮＯＸ 吸収剤１２に流入する排気の空燃比をリッチにすると図３に示されるようにこの排気中には多量のＨＣ，ＣＯが含まれ、これらＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２ − またはＯ２−と反応して酸化せしめられる。また、流入する排気の空燃比をリッチにすると流入する排気中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からＮＯ２ が放出され、このＮＯ２ は図４（Ｂ）に示されるようにＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ２ が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ２ が放出される。したがって流入する排気の空燃比をリッチにすると短時間のうちにＮＯＸ 吸収剤１２からＮＯＸ が放出されることになる。
【００１８】
上述したように通常運転時には全気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比はリーンに維持されており、切換弁１７はバイパス閉位置に保持されている。したがって、通常運転時に各気筒から排出される排気中のＮＯＸ はＮＯＸ 吸収剤１２に導かれてＮＯＸ 吸収剤１２に吸収される。ところが、ＮＯＸ 吸収剤１２のＮＯＸ 吸収能力には限界があるのでＮＯＸ 吸収剤１２のＮＯＸ 吸収能力が飽和する前にＮＯＸ 吸収剤１２からＮＯＸ を放出させる必要がある。そこで本実施態様では、ＮＯＸ 吸収剤１２の吸収ＮＯＸ 量を求め、この吸収ＮＯＸ 量が予め定められた設定量よりも多くなったときには全気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比を一時的にリッチにしてＮＯＸ 吸収剤１２からＮＯＸ を放出させると共に還元するようにしている。
【００１９】
すなわち、ＮＯＸ 吸収剤１２からＮＯＸ を放出させるべきときには全気筒の補正係数Ｋ（ｉ）がＫＮ（＞０）に一時的に切り換えられる。
ところが、燃料および機関の潤滑油内にはイオウ分が含まれているのでＮＯＸ 吸収剤１２に流入する排気中にはイオウ分例えばＳＯＸ が含まれており、ＮＯＸ 吸収剤１２にはＮＯＸ ばかりでなくＳＯＸ も吸収される。このＮＯＸ 吸収剤１２へのＳＯＸ の吸収メカニズムはＮＯＸ の吸収メカニズムと同じであると考えられる。
【００２０】
すなわち、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を担持させた場合を例にとって説明すると、前述したように流入する排気の空燃比がリーンのときには酸素Ｏ２ がＯ２ − またはＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気中のＳＯＸ 例えばＳＯ２ は白金Ｐｔの表面でＯ２ − またはＯ２−と反応してＳＯ３ となる。次いで生成されたＳＯ３ は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ吸収剤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−の形で吸収剤内に拡散する。次いでこの硫酸イオンＳＯ４ ２−はバリウムイオンＢａ２＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ４ を生成する。
【００２１】
しかしながらこの硫酸塩ＢａＳＯ４ は分解しずらく、流入する排気の空燃比を単にリッチにしても硫酸塩ＢａＳＯ４ は分解されずにそのまま残る。したがってＮＯＸ 吸収剤１２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ＮＯＸ 吸収剤１２が吸収しうるＮＯＸ 量が低下することになる。
【００２２】
そこで本実施態様では、ＳＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１２に流入しないようにＮＯＸ 吸収剤１２上流の排気通路内にＳＯＸ 吸収剤９を配置している。このＳＯＸ 吸収剤９は流入する排気の空燃比がリーンのときにＳＯＸ を吸収し、ＳＯＸ 吸収剤９の温度がＳＯＸ 放出温度よりも高いときに流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＳＯＸ を放出する。
【００２３】
上述したように通常運転時に全気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比はリーンであるので気筒から排出されるＳＯＸ はＳＯＸ 吸収剤９に吸収され、ＮＯＸ 吸収剤１２にはＮＯＸ のみが吸収されることになる。
ところがＳＯＸ 吸収剤９のＳＯＸ 吸収能力にも限界があり、ＳＯＸ 吸収剤９のＳＯＸ 吸収能力が飽和する前にＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させる必要がある。そこで本実施態様では、ＳＯＸ 吸収剤９の吸収ＳＯＸ 量を求め、この吸収ＳＯＸ 量が予め定められた設定量よりも多くなったときにＳＯＸ 吸収剤９の温度を一時的にＳＯＸ 放出温度よりも高くすると共にＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比を一時的にリッチにしてＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるようにしている。なお、ＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるべきときにＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比を理論空燃比にしてもよいが、この場合単位時間当たりにＳＯＸ 吸収剤９から放出されるＳＯＸ 量が少なくなる。
【００２４】
ところで、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気中に多量の酸素と多量のＨＣとが同時に含まれていると、これら酸素およびＨＣがＳＯＸ 吸収剤９において反応するためにこの反応熱でもってＳＯＸ 吸収剤９を加熱することができる。この場合、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもわずかばかりリッチであるとＨＣをＳＯＸ 吸収剤９の加熱作用およびＳＯＸ 放出作用のために有効に利用することができる。一方、図３に示されるように気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリッチにすれば排気中に多量のＨＣが含まれ、リーンにすれば排気中に多量の酸素が含まれる。そこで本実施態様では、ＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるべきときには１番気筒＃１および４番気筒＃４で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリッチにして多量のＨＣが含まれる排気を形成し、２番気筒＃２および３番気筒＃３で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリーンにして多量の酸素が含まれる排気を形成すると共に、これら混合排気の空燃比がわずかばかりリッチになるようにしてＳＯＸ 吸収剤９をＳＯＸ 放出温度まで加熱し、それによりＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるようにしている。このようにすると、機関から排出される排気の温度が低くても、ＳＯＸ 吸収剤９をＳＯＸ 放出温度まで加熱することが可能となる。
【００２５】
すなわち一般的に言うと、機関の気筒を第１の気筒群と第２の気筒群とに分割し、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する混合排気の目標空燃比を理論空燃比よりもわずかばかりリッチに設定し、第１の気筒群で燃焼せしめられる混合気の目標空燃比を混合排気の目標空燃比に対しリッチに設定しかつ第２の気筒群で燃焼せしめられる混合気の目標空燃比を混合排気の目標空燃比に対しリーンに設定すると共に、第１の気筒群で燃焼せしめられる混合気の空燃比および第２の気筒群で燃焼せしめられる混合気の空燃比がそれぞれ対応する目標空燃比のときに混合排気の空燃比がその目標空燃比となるように第１の気筒群で燃焼せしめられる混合気の目標空燃比と第２の気筒群で燃焼せしめられる混合気の目標空燃比とを設定しているということになる。また、機関の排気行程順序は＃１−＃３−＃４−＃２であるので本実施態様では、機関の気筒が第１の気筒群と、第１の気筒群と排気行程が重ならない第２の気筒群とに分割されていることになる。
【００２６】
本実施態様では、ＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるべきときには１番気筒および４番気筒の補正係数Ｋ（１），Ｋ（４）がＫＳ＋ａ（ＫＳ，ａ＞０）とされ、２番気筒および３番気筒の補正係数Ｋ（２），Ｋ（３）が−ＫＳとされる。したがって、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する混合排気の空燃比は小さな一定数ａに相当する分だけリッチにせしめられる。なお、ａ＝０とすればＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比が理論空燃比になる。
【００２７】
ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比をリッチにしたときにＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ が容易に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−の形で吸収剤内に存在するか、或いは硫酸塩ＢａＳＯ４ が生成されたとしても硫酸塩ＢａＳＯ４ が安定しない状態で吸収剤内に存在するようにすることが必要となる。これを可能にするＳＯＸ 吸収剤９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担持した吸収剤を用いることができる。或いは、ＳＯＸ 吸収剤９にＳＯＸ を確実に吸収させるためにＳＯＸ 吸収剤９のアルカリ度をＮＯＸ 吸収剤１２よりも高くしてＳＯＸ をＳＯＸ 吸収剤９内に比較的安定な硫酸塩の形で保持する方がよいという考え方もある。これを可能にするＳＯＸ 吸収剤としては例えばアルミナからなる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、カルシウムＣａのようなアルカリ土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とを担持した吸収剤を用いることができる。
【００２８】
ＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるべきときに切換弁１７がバイパス閉位置に保持されているとＳＯＸ 吸収剤９から流出した排気がＮＯＸ 吸収剤１２内に流入する。この場合、ＮＯＸ 吸収剤１２に流入する排気の空燃比はリッチであるので、このときＳＯＸ 吸収剤９から放出されたＳＯＸ はＮＯＸ 吸収剤１２に吸収されることなくＮＯＸ 吸収剤１２を通過すると考えられる。しかしながら、例えばＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比がリーンからリッチに切換えられた直後はＮＯＸ 吸収剤１２の表面に未だ酸素が残存しており、ＮＯＸ 吸収剤１２表面では酸素濃度が低下していないためにＳＯＸ 吸収剤９から放出されたＳＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１２内に吸収される恐れがある。或いは、流入する排気中に酸素が含まれているとＮＯＸ 吸収剤１２に流入する排気の空燃比がリッチであってもＮＯＸ 吸収剤１２にＳＯＸ が吸収されるという考え方もある。
【００２９】
そこで本実施態様では、ＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるべきときには切換弁１７をバイパス開位置に切換え、それによりＳＯＸ 吸収剤９から放出されたＳＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１２内に流入しないようにしている。
ところが、機関負荷が高いときに切換弁１７がバイパス開位置に切換えられるとこのとき機関から排出される多量のＮＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１２を迂回せしめられ、斯くして多量のＮＯＸ をＮＯＸ 吸収剤１２で還元、浄化できない。
【００３０】
そこで本実施態様では、機関負荷を表すサージタンク３内の絶対圧が予め定められた許容最大値よりも大きいときには切換弁１７バイパス閉位置に保持すると共に、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比をリッチにすることと、ＳＯＸ 吸収剤９の温度をＳＯＸ 放出温度よりも高くすることとの両方を禁止してＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ が放出されないようにしている。したがって、機関から排出される多量のＮＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１２に導かれ、ＮＯＸ 吸収剤１２で還元、浄化される。なお、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比をリッチにすることと、ＳＯＸ 吸収剤９の温度をＳＯＸ 放出温度よりも高くすることとのうち少なくとも一方を禁止してもＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ が放出されるのを阻止することができる。
【００３１】
すなわち本実施態様では、ＳＯＸ 吸収剤９の吸収ＳＯＸ 量が設定量よりも多くなったときにサージタンク３内の絶対圧が許容最大値よりも大きいときには切換弁１７はバイパス閉位置に保持されると共に、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比がリーンに維持され、ＳＯＸ 吸収剤９の加熱作用も行われない。これに対し、ＳＯＸ 吸収剤９の吸収ＳＯＸ 量が設定量よりも多くなったときにサージタンク３内の絶対圧が許容最大値よりも小さいときには切換弁１７がバイパス開位置に切換えられ、このときＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比がリッチに切換えられ、ＳＯＸ 吸収剤９が加熱される。このとき機関から排出されるＮＯＸ 量は少なく、したがってＮＯＸ 吸収剤１２を迂回するＮＯＸ 量が少量に維持される。
【００３２】
なお、このように吸収ＳＯＸ 量が設定量よりも多くなったときにサージタンク３内の絶対圧が許容最大値よりも小さいときにＳＯＸ 吸収剤９のＳＯＸ 放出作用が行なわれるようにした場合には、吸収ＳＯＸ 量が設定量よりも多くなったときにサージタンク３内の絶対圧が許容最大値よりも大きいときにＳＯＸ 吸収剤９のＳＯＸ 放出作用を必ずしも禁止しなくてもよい。或いは、吸収ＳＯＸ 量が設定量よりも多くなったときにサージタンク３内の絶対圧が許容最大値よりも大きい状態の頻度に比べて、この状態で実際にＳＯＸ 吸収剤９のＳＯＸ 放出作用が行われる頻度を低減するようにしてもよい。
【００３３】
上述したように通常運転時には、切換弁１７がバイパス閉位置に保持されると共に、全気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持される。ところが、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比がたとえリーンであってもＳＯＸ 吸収剤９の温度が過度に高くなるとＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ が放出される。或いは、ＮＯＸ 吸収剤１２からＮＯＸ 放出させるために全気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリッチにされたときにＳＯＸ 吸収剤９の温度がＳＯＸ 放出温度よりも高いと、ＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ が放出される。さらに、例えば全負荷運転時や機関加速運転時に全気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリッチにするようにした内燃機関では、ＳＯＸ 吸収剤９を放出させるべきときでなくてもＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ が放出されうる。このとき、切換弁１７がバイパス閉位置に保持されているとＳＯＸ 吸収剤９から放出されたＳＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１２内に吸収されてしまう。
【００３４】
そこで本実施態様では、ＳＯＸ 吸収剤９から流出するＳＯＸ を検出するＳＯＸ センサ３０を設け、通常運転時にＳＯＸ センサ３０により検出された検出ＳＯＸ 量が許容最大ＳＯＸ 量よりも多いときには切換弁１７をバイパス開位置に切換えてＳＯＸ 吸収剤９から放出されたＳＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１２を迂回するようにしている。また、このとき、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比をわずかばかりリッチにしかつＳＯＸ 吸収剤９をＳＯＸ 放出温度まで加熱し、それによりＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるようにしている。その結果、排気がＮＯＸ 吸収剤１２を迂回せしめられる期間をＳＯＸ 放出作用のために有効に利用することができる。
【００３５】
次に、図５のタイムチャートを参照して本実施態様を詳細に説明する。
図５の時間ａではＳＯＸ 吸収剤９の吸収ＳＯＸ 量ＳＳが設定量ＳＳ１よりも大きくなる。このとき、サージタンク３内の絶対圧ＰＭが許容最大値ＰＭ１よりも低いのでＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｉがリーンからリッチに切換えられ、切換弁１７がバイパス閉位置からバイパス開位置に切換えられる。その結果、ＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ が放出され、ＳＯＸ センサ３０による検出ＳＯＸ 量ＤＳが増大する。絶対圧ＰＭが許容最大値ＰＭ１よりも低い限り、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｉはリッチに維持され、切換弁１７はバイパス開位置に保持される。
【００３６】
次いで、時間ｂとなって検出ＳＯＸ 量ＤＳが小さな設定値ＤＳ２よりも小さくなると、ＳＯＸ 吸収剤９に吸収されているＳＯＸ がほとんど放出されたと判断され、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｉがリーンに戻され、切換弁１７がバイパス閉位置に戻される。その結果、吸収ＳＯＸ 量ＳＳが再び増加する。
【００３７】
一方、時間ｃにおけるように吸収ＳＯＸ 量ＳＳが設定量ＳＳ１よりも大きくなっても絶対圧ＰＭが許容最大値ＰＭ１よりも高いときにはＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｉはリーンに維持され、切換弁１７はバイパス閉位置に保持される。次いで、時間ｄとなって絶対圧ＰＭが許容最大値ＰＭ１よりも低くなるとＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｉがリッチに切換えられ、切換弁１７がバイパス開位置に切換えられる。次いで、時間ｅとなって絶対圧ＰＭが許容最大値ＰＭ１よりも高くなると、検出ＳＯＸ 量ＤＳが設定値ＤＳ２よりも大きくても、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｉがリーンに戻され、切換弁１７がバイパス閉位置に戻される。
【００３８】
一方、時間ｆにおけるようにＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｉがリーンに維持され、切換弁１７がバイパス閉位置に維持されているときに検出ＳＯＸ 量ＤＳが許容最大ＳＯＸ 量ＤＳ１よりも多くなったときには、絶対圧ＰＭが許容最大値ＰＭ１よりも高くても、吸収ＳＯＸ 量ＳＳが設定量ＳＳ１よりも少なくても、ＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｉがリッチに切換えられ、切換弁１７がバイパス開位置に切換えられる。次いで、時間ｇとなって検出ＳＯＸ 量ＤＳが設定値ＤＳ２よりも少なくなるとＳＯＸ 吸収剤９に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｉがリーンに戻され、切換弁１７がバイパス閉位置に戻される。
【００３９】
図６および図７はＳＯＸ フラグおよび切換弁を制御するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間ＤＬＴ毎の割り込みによって実行される。
図６および図７を参照すると、まずステップ４０ではＳＯＸ フラグがセットされているか否かが判別される。このＳＯＸ フラグはＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるべきときにセットされ、それ以外はリセットされる。ＳＯＸ フラグがリセットされているときには次いでステップ４１に進み、ＳＯＸ 吸収剤９の吸収ＳＯＸ 量ＳＳが算出される。すなわち、吸収ＳＯＸ 量は機関１から排出されるＳＯＸ 量に依存し、単位時間当たり機関１から排出されるＳＯＸ 量はサージタンク３内の絶対圧ＰＭが高くなるにつれて増大し、機関回転数Ｎが高くなるにつれて増大する。したがって、前回のルーチンから今回のルーチンまでにＳＯＸ 吸収剤９に吸収されたＳＯＸ 量はＬＳを定数としてＬＳ・ＰＭ・Ｎ・ＤＬＴで表される。そこで、ＬＳ・ＰＭ・Ｎ・ＤＬＴを積算することにより吸収ＳＯＸ 量を推定するようにしている（ＳＳ＝ＳＳ＋ＬＳ・ＰＭ・Ｎ・ＤＬＴ）。
続くステップ４２では、吸収ＳＯＸ 量ＳＳが設定量ＳＳ１よりも大きいか否かが判別される。この設定量ＳＳ１は例えばＳＯＸ 吸収剤９が吸収しうる最大ＳＯＸ 量の３０パーセント程度である。ＳＳ＞ＳＳ１のときには次いでステップ４３に進み、サージタンク３内の絶対圧ＰＭが許容最大圧ＰＭ１よりも高いか否かが判別される。ＰＭ＞ＰＭ１のとき、すなわちＳＳ＞ＳＳ１かつＰＭ＞ＰＭ１のときには次いでステップ４４に進み、ＳＯＸ フラグがセットされる。続くステップ４５では切換弁１７がバイパス開位置に切り換えられる。これに対し、ステップ４２でＳＳ≦ＳＳ１のとき、またはステップ４３でＰＭ≦ＰＭ１のときには次いでステップ４６に進み、検出ＳＯＸ 量ＤＳが許容最大ＳＯＸ 量ＤＳ１よりも多いか否かが判別される。ＤＳ≦ＤＳ１のときには処理サイクルを終了する。ＤＳ＞ＤＳ１のときには次いでステップ４７に進み、強制フラグをセットした後にステップ４４および４５に進む。この強制フラグは絶対圧ＰＭが許容最大値ＰＭ１よりも高いときにＳＯＸ 吸収剤９からＳＯＸ を放出させるべきときにセットされ、それ以外はリセットされる。
【００４０】
ＳＯＸ フラグがセットされたときにはステップ４０からステップ４８に進み、ＳＯＸ 吸収剤９のＳＯＸ 放出作用が行われている時間を表すカウンタ値ＣＳが１だけインクリメントされる。続くステップ４９では単位時間当たりＳＯＸ 吸収剤９から放出されるＳＯＸ 量ＲＳが図８（Ｂ）のマップから算出される。図８（Ａ）に示されるように、単位時間当たりＳＯＸ 吸収剤９から放出されるＳＯＸ 量ＲＳはＳＯＸ 吸収剤９の温度ＴＣＡＴがＳＯＸ 放出温度ＴＲよりも低いとほぼ零に維持される。一方、ＴＣＡＴ＞ＴＲのときにはＲＳはＴＣＡＴが高くなるにつれて増大し、カウンタ値ＣＳが大きくなるにつれて小さくなる。このＲＳはＳＯＸ 吸収剤９の温度ＴＣＡＴおよびカウンタ値ＣＳの関数として図８（Ｂ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。
【００４１】
続くステップ５０ではＳＯＸ 吸収剤９の吸収ＳＯＸ 量が算出される（ＳＳ＝ＳＳ−ＲＳ・ＤＬＴ）続くステップ５１では、検出ＳＯＸ 量が設定値ＤＳ２よりも小さいか否かが判別される。ＤＳ≧ＤＳ２のときには次いでステップ５２に進み、強制フラグがセットされているか否かが判別される。強制フラグがセットされているときには処理サイクルを終了する。強制フラグがセットされていないときには次いでステップ５３に進み、絶対圧ＰＭが許容最大値ＰＭ１よりも高いか否かが判別される。ＰＭ≧ＰＭ１のときには処理サイクルを終了する。
【００４２】
これに対し、ステップ５１でＤＳ＜ＤＳ２のとき、またはステップ５３でＰＭ＜ＰＭ１のときには次いでステップ５４に進み、ＳＯＸ フラグがリセットされる。続くステップ５５では切換弁１７がバイパス閉位置に戻される。続くステップ５６ではカウンタ値ＣＳがクリアされる。続くステップ５７では強制フラグがリセットされ、或いはリセット状態に保持される。
【００４３】
図９はＮＯＸ フラグを制御するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間ＤＬＴ毎の割り込みによって実行される。
図９を参照すると、まずステップ６０ではＳＯＸ フラグがセットされているか否かが判別される。ＳＯＸ フラグがセットされているときには処理サイクルを終了し、ＳＯＸ フラグがリセットされているときには次いでステップ６１に進み、ＮＯＸ フラグがセットされているか否かが判別される。このＮＯＸ フラグはＮＯＸ 吸収剤１２からＮＯＸ を放出させるべきときにセットされ、それ以外はリセットされる。ＮＯＸ フラグがリセットされているときには次いでステップ６２に進み、ＮＯＸ 吸収剤１２の吸収ＮＯＸ 量ＳＮが算出される。すなわち、吸収ＮＯＸ 量は機関１から排出されるＮＯＸ 量に依存し、単位時間当たり機関１から排出されるＮＯＸ 量はサージタンク３内の絶対圧ＰＭが高くなるにつれて増大し、機関回転数Ｎが高くなるにつれて増大する。したがって、前回のルーチンから今回のルーチンまでにＮＯＸ 吸収剤１２に吸収されたＮＯＸ 量はＬＮを定数としてＬＮ・ＰＭ・Ｎ・ＤＬＴで表される。そこで、ＬＳ・ＰＭ・Ｎ・ＤＬＴを積算することにより吸収ＮＯＸ 量を推定するようにしている（ＳＮ＝ＳＮ＋ＬＮ・ＰＭ・Ｎ・ＤＬＴ）。
【００４４】
続くステップ６３では、吸収ＮＯＸ 量ＳＮが設定量ＳＮ１よりも大きいか否かが判別される。この設定量ＳＮ１は例えばＮＯＸ 吸収剤１２が吸収しうる最大ＮＯＸ 量の３０パーセント程度である。ＳＮ≦ＳＮ１のときには処理サイクルを終了し、ＳＮ＞ＳＮ１のときには次いでステップ６４に進んでＮＯＸ フラグがセットされる。
【００４５】
ＮＯＸ フラグがセットされたときにはステップ６１からステップ６５に進み、ＮＯＸ 吸収剤１２のＮＯＸ 放出作用が行われている時間を表すカウンタ値ＣＮが１だけインクリメントされる。続くステップ６６ではカウンタ値ＣＮが設定値ＣＮ１よりも大きいか否かが判別される。ＣＮ≦ＣＮ１のときには処理サイクルを終了する。ＣＮ＞ＣＮ１のときにはＮＯＸ 吸収剤１２に吸収されているＮＯＸ がほとんど放出されたと判断し、次いでステップ６７に進んでＮＯＸ フラグをリセットする。続くステップ６８ではカウント値ＣＮがクリアされる。
【００４６】
図１０はｉ番気筒の燃料噴射時間ＴＡＵ（ｉ）を算出するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定クランク角度毎の割り込みによって実行される。
図１０を参照すると、まずステップ７０ではパラメータｉが繰り返し１，２，３，４とされる。続くステップ７１では図２のマップから基本燃料噴射時間ＴＰが算出される。続くステップ７２ではＳＯＸ フラグがセットされているか否かが判別される。ＳＯＸ フラグがリセットされているときには次いでステップ７３に進み、ＮＯＸ フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯＸ フラグがリセットされているとき、すなわちＳＯＸ フラグもＮＯＸ フラグもリセットされているときには次いでステップ７３に進み、全ての気筒の補正係数Ｋ（ｉ）が−ＫＬとされる。次いでステップ７８に進む。
【００４７】
一方、ステップ７３でＮＯＸ フラグがセットされているときには次いでステップ７５に進み、全ての気筒の補正係数Ｋ（ｉ）がＫＮとされる。次いでステップ７８に進む。一方、ステップ７２でＳＯＸ フラグがセットされているときには次いでステップ７６に進み、１番気筒および４番気筒の補正係数Ｋ（１），Ｋ（４）がそれぞれＫＳ＋ａとされる。続くステップ７７では２番気筒および３番気筒の補正係数Ｋ（２），Ｋ（３）がそれぞれ−ＫＳとされる。次いでステップ７８に進む。
【００４８】
ステップ７８では次式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵ（ｉ）が算出される。
ＴＡＵ（ｉ）＝ＴＰ・（１＋Ｋ（ｉ））
これまで述べてきた実施態様では本発明を火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら、本発明をディーゼル機関に適用することもできる。この場合、ＳＯＸ 吸収剤９上流の排気通路内に還元剤供給装置を設け、この還元剤供給装置から排気通路内に還元剤を供給することによりＳＯＸ 吸収剤９またはＮＯＸ 吸収剤１２内に流入する排気の空燃比をリッチにすることができる。或いは、機関爆発行程または排気行程に燃料噴射弁７から燃料を２次的に噴射することにより気筒から排出される排気の空燃比をリッチにすることもできる。
【００４９】
また、これまで述べてきた実施態様では単一のＳＯＸ 吸収剤９が設けられている。しかしながら、例えば１番気筒および２番気筒に対し一つのＳＯＸ 吸収剤を設け、３番気筒および４番気筒に対し別のＳＯＸ 吸収剤を設けるようにすることもできる。この場合、１番気筒および３番気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリッチにし、２番気筒および４番気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリーンにし、各ＳＯＸ 吸収剤に流入する混合排気の空燃比をわずかばかりリッチにすることにより各ＳＯＸ 吸収剤からＳＯＸ を放出させることができる。
【００５０】
また、これまで述べてきた実施態様ではＮＯＸ 吸収剤またＳＯＸ 吸収剤からＮＯＸ またはＳＯＸ を放出させるためにＮＯＸ 吸収剤またはＳＯＸ 吸収剤に流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチになるようにしている。しかしながら、流入する排気中の酸素濃度が低下していれば流入する排気の空燃比をリーンにしてもよい。この場合、ＨＣのような還元剤がＮＯＸ 吸収剤またはＳＯＸ 吸収剤の表面に付着し、局所的に還元雰囲気を形成すると考えられている。
【００５１】
【発明の効果】
ＳＯＸ 吸収剤から放出されたＳＯＸ がＮＯＸ 吸収剤に流入するのを阻止しつつ、多量のＮＯＸ がＮＯＸ 吸収剤を迂回せしめられるのを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】基本燃料噴射時間ＴＰのマップを示す図である。
【図３】機関から排出される排気中の未燃ＨＣ、ＣＯおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。
【図４】ＮＯＸ の球放出作用を説明するための図である。
【図５】ＳＯＸ 吸収剤に流入する排気の空燃比および切換弁の切換え作用を説明するためのタイムチャートである。
【図６】ＳＯＸ フラグおよび切換弁を制御するためのフローチャートである。
【図７】ＳＯＸ フラグおよび切換弁を制御するためのフローチャートである。
【図８】単位時間当たりＳＯＸ 吸収剤から放出されるＳＯＸ 量ＲＳのマップを示す図である。
【図９】ＮＯＸ フラグを制御するためのフローチャートである。
【図１０】燃料噴射時間ＴＡＵ（ｉ）を算出するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
８…排気マニホルド
９…ＳＯＸ 吸収剤
１２…ＮＯＸ 吸収剤
１４…バイパス通路
１７…切換弁
Claims (3)
- 流入する排気の空燃比がリーンのときに流入するＮＯＸを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯＸを放出するＮＯＸ吸収剤を機関排気通路内に配置すると共に、ＳＯＸ吸収剤をＮＯＸ吸収剤上流の機関排気通路内に配置し、ＳＯＸ吸収剤は流入する排気の空燃比がリーンのときに流入するＳＯＸを吸収し、ＳＯＸ吸収剤の温度がＳＯＸ放出温度よりも高いときに流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸収したＳＯＸを放出し、ＳＯＸ吸収剤とＮＯＸ吸収剤との間に位置する機関排気通路からＮＯＸ吸収剤をバイパスするバイパス通路を分岐すると共にバイパス通路の分岐部にＮＯＸ吸収剤またはバイパス通路のいずれか一方に排気を流入させる切換弁を配置した内燃機関の排気浄化装置において、ＳＯＸ吸収剤の温度を制御する温度制御手段を具備し、ＳＯＸ 吸収剤に吸収されているＳＯＸ 量を求め、該ＳＯＸ 量が予め定められた設定量よりも多くなったときには温度制御手段によりＳＯＸ吸収剤の温度をＳＯＸ放出温度よりも高くしかつＳＯＸ吸収剤に流入する排気の空燃比を理論空燃比またはリッチにすると共に、排気がバイパス通路に流入する位置に切換弁を切換え、機関負荷が許容最大負荷よりも高いときには、前記求められたＳＯＸ 量が前記設定量よりも多くても、温度制御手段によりＳＯＸ吸収剤の温度をＳＯＸ放出温度よりも高くすることと、ＳＯＸ吸収剤に流入する排気の空燃比を理論空燃比またはリッチにすることとのうち少なくとも一方を禁止すると共に、排気がＮＯＸ吸収剤に流入する位置に切換弁を保持するようにした内燃機関の排気浄化装置。
- 機関負荷が許容最大負荷よりも低いときには温度制御手段によりＳＯＸ吸収剤の温度をＳＯＸ放出温度よりも高くしかつＳＯＸ吸収剤に流入する排気の空燃比を理論空燃比またはリッチにすることを許容するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- ＳＯＸ 吸収剤とＮＯＸ 吸収剤との間の排気通路内にＳＯＸ 吸収剤から流出するＳＯＸ 量を検出するＳＯＸ センサを配置し、該ＳＯＸ センサにより検出されたＳＯＸ 量が許容最大ＳＯＸ 量よりも多いときには排気がバイパス通路に流入する位置に切換弁を切換えるようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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