JP3570326B2 - 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、内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
希薄燃焼可能な内燃機関より排出される排気ガスからＮＯｘを浄化する排気浄化装置として、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒がある。この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーン（即ち、酸素過剰雰囲気下）のときにＮＯｘを吸収し、流入排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯｘを放出しＮ２に還元する触媒である。
【０００３】
この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に触媒あるいはＮＯｘ触媒ということもある）を希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置すると、リーン空燃比の排気ガスが流れたときには排気ガス中のＮＯｘが触媒に吸収され、理論空燃比あるいはそれよりもリッチな空燃比の排気ガスが流れたときに触媒に吸収されていたＮＯｘがＮＯ２として放出され、さらに排気ガス中のＨＣやＣＯなどの還元成分によってＮ２に還元され、即ちＮＯｘが浄化される。
【０００４】
ところで、一般に、内燃機関の燃料には硫黄分が含まれており、燃料を燃焼すると、燃料中の硫黄分が燃焼してＳＯ２やＳＯ３などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が発生する。前記ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘの吸収作用を行うのと同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸収を行うので、内燃機関の排気通路にＮＯｘ触媒を配置すると、この触媒にはＮＯｘのみならずＳＯｘも吸収される。
【０００５】
ところが、前記ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成するため、ＮＯｘ触媒からＮＯｘの放出・還元を行うのと同じ条件下では、分解、放出されにくく、ＮＯｘ触媒内に蓄積され易い傾向がある。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒内のＳＯｘ蓄積量が増大すると、触媒が他の有害成分（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ）を浄化する能力を低下させる。これが所謂ＳＯｘ被毒である。したがって、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化能力を長期に亘って高く維持するためには、触媒に吸収されているＳＯｘを分解し該触媒から放出させて、Ｓ被毒から回復させる必要がある。
【０００６】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳ被毒回復処理に関しては、特許番号第２７４５９８５号の特許公報等に開示されており、ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘを放出させるには、流入排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにし、且つ、触媒床温をＮＯｘの放出・還元時よりも高い所定の高温にするのが効果的であると考えられている。
【０００７】
そこで、ＮＯｘ触媒に所定量のＳＯｘが吸収された時をＳ被毒回復処理の実行時期と判断して、その時に、触媒床温をＳＯｘ放出可能な温度に温度制御するとともに、流入排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチに保持されるように流入排気ガスの空燃比制御を行って、Ｓ被毒回復処理を実行している。このＳ被毒回復処理により、ＮＯｘ触媒に吸収されていた硫酸塩は分解してＳＯ３になり、さらにこのＳＯ３が排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯによって還元せしめられ、ＳＯ２となって放出される。
【０００８】
Ｓ被毒回復処理時にＮＯｘ触媒の触媒床温をＳＯｘ放出可能な温度まで昇温する手段の一つとして、特開平８−６１０５２号公報等に開示されている気筒群別空燃比制御がある。
【０００９】
気筒群別空燃比制御とは、多気筒エンジンにおいて一部の気筒をリッチ空燃比で運転させると同時に残る気筒をリーン空燃比で運転させる空燃比制御方法であり、リッチ空燃比で運転した気筒（以下、リッチ気筒という）から排出される十分な量の未燃燃料成分を含む排気ガスとリーン空燃比で運転した気筒（以下、リーン気筒という）から排出される十分な量の酸素を含む排気ガスとの混合ガスをＮＯｘ触媒に供給し、その混合ガス中に含まれる未燃燃料成分と酸素とをＮＯｘ触媒において酸化反応させることによって、ＮＯｘ触媒を昇温させるものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、希薄燃焼可能な内燃機関においても機関始動時には安定した燃焼を得るため理論空燃比で運転する場合が多く、そのときにはストイキの排気ガスが排出されるが、ＮＯｘ触媒ではこのストイキの排気ガスのＮＯｘを浄化する能力が低い。そこで、ＮＯｘ触媒の上流に三元触媒を始動時触媒として設け、この始動時触媒で始動時に排出されるストイキの排気ガスを浄化できるようにした排気浄化システムがある。
【００１１】
ところが、機関始動時に全気筒から排出される排気ガスをただ一つの始動時触媒で賄うようにシステムを組んだ場合に、換言すると、全気筒から排出される排気ガスが合流する合流点よりも下流に始動時触媒を設けた場合に、前述した気筒群別空燃比制御による触媒の昇温処理を実行すると、リッチ気筒から排出される排気ガス中の未燃燃料成分とリーン気筒から排出される排気ガス中に含まれる多量の酸素が、ＮＯｘ触媒に到達する前に始動時触媒において反応してしまい、ＮＯｘ触媒を効率的に昇温することができないという問題が生じる。
【００１２】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、多気筒の内燃機関の排気系に単一の始動時触媒を設けた排気浄化システムにおいても、容易に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒床温をＳＯｘ放出温度まで昇温することができるようにすることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。本出願の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出・還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流の前記排気通路に設けられた三元機能を有する始動時触媒と、（ハ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを放出せしめるＳ被毒回復処理時に前記内燃機関の空燃比を理論空燃比あるいはそれよりもリッチな空燃比にする空燃比制御手段と、（ニ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入する二次空気供給手段と、を備え、前記Ｓ被毒回復処理時と処理完了後の所定期間の間とに前記二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入し、この二次空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、吸蔵還元型ＮＯx触媒に対するＳ被毒回復処理時には、内燃機関の空燃比が空燃比制御手段によって理論空燃比あるいはリッチ空燃比に制御されるので、排気ガスの空燃比も理論空燃比あるいはリッチ空燃比となり、排気ガス中には多くの未燃ＨＣが存在することになる。この排気ガス中の未燃ＨＣは始
動時触媒を素通りして吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入される。
【００１５】
また、このＳ被毒回復処理時には、二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記始動時触媒との間に二次空気が導入され、この二次空気は排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に導入される。
【００１６】
その結果、排気ガス中の未燃ＨＣと二次空気の多量の酸素が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において酸化反応を起こし、この時に生じる反応熱によって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が昇温する。その結果、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は迅速にＳＯｘ放出温度まで昇温する。
【００１７】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記Ｓ被毒回復処理完了後、所定期間の間、前記二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入することにより、この二次空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入する。Ｓ被毒回復処理完了直後は吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒床温が高温になっており、ＮＯx浄化率の低い状態にある。したがって、このときにリーン空燃比の排気ガスを吸蔵還元型ＮＯx触媒に流してもＮＯxを効率的に浄化することができない虞れがある。そこで、Ｓ被毒回復処理完了後、所定期間の間だけ、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気ガスの温度が低下せしめられ、その結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒床温をＮＯx浄化率の高い温度まで低下させることができ、Ｓ被毒回復処理完了後の早い時期から高いＮＯx浄化率を得ることができる。
【００１８】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用してもよい。すなわち、本出願の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯ x を吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯ x を放出・還元する吸蔵還元型ＮＯ x 触媒と、（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯ x 触媒よりも上流の前記排気通路に設けられた三元機能を有する始動時触媒と、（ハ）前記吸蔵還元型ＮＯ x 触媒に吸収されたＳＯ x を放出せしめるＳ被毒回復処理時に前記内燃機関の空燃比を理論空燃比あるいはそれよりもリッチな空燃比にする空燃比制御手段と、（ニ）前記吸蔵還元型ＮＯ x 触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入する二次空気供給手段と、を備え、前記Ｓ被毒回復処理時に前記二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯ x 触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入することにより、この二次空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯ x 触媒に導入し、前記Ｓ被毒回復処理完了後、第１の所定期間の間は、内燃機関を理論空燃比で運転するとともに前記二次空気供給手段による二次空気の供給を停止し、前記第１の所定期間終了後の第２の所定期間の間は、二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯ x 触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入することにより、この二次空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯ x 触媒に導入するようにしてもよい。前述したように、Ｓ被毒回復処理完了直後は吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒床温が高温になっており、ＮＯx浄化率の低い状態にあるため、このときにリーン空燃比の排気ガスを吸蔵還元型ＮＯx触媒に流してもＮＯxを効率的に浄化することができない虞れがある。そこで、Ｓ被毒回復処理完了後の第１の所定期間の間は、内燃機関を理論空燃比で運転するとともに前記二次空気供給手段による二次空気の供給を停止して、吸蔵還元型ＮＯx触媒に理論空燃比の排気ガスを流すことにより吸蔵還元型ＮＯx触媒の三元触媒作用でＮＯxを浄化しつつ触媒床温を低下させ、第１の所定期間終了後の第２の所定期間の間は、二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入して、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気ガスの温度が低下せしめ、吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒床温をリーン状態でのＮＯx浄化率の高い温度まで低下させる。これにより、Ｓ被毒回復処理完了後の早い時期から高いＮＯx浄化率を得ることができる。
【００１９】
尚、前述したＳ被毒回復処理完了後の「所定期間の間」、「第１の所定期間」、「第２の所定期間」はそれぞれ、「予め設定した所定時間」としてもよいし、あるいは、「吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒床温が予め設定した所定温度まで低下するまでの間」とすることもできる。
【００２０】
また、本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用してもよい。すなわち、本出願の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、（イ）過給機を備えた希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出・還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流の前記排気通路に設けられた三元機能を有する始動時触媒と、（ハ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを放出せしめるＳ被毒回復処理時に前記内燃機関の空燃比を理論空燃比あるいはそれよりもリッチな空燃比にする空燃比制御手段と、（ニ）前記過給機により加圧された過給空気の一部を前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に導入する過給空気供給手段と、を備え、前記Ｓ被毒回復処理時と処理完了後の所定期間の間とに前記過給空気供給手段によって過給空気の一部を前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に導入し、この過給空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入することを特徴としてもよい。
【００２１】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、吸蔵還元型ＮＯx触媒に対するＳ被毒回復処理時には、内燃機関の空燃比が空燃比制御手段によって理論空燃比あるいはリッチ空燃比に制御されるので、排気ガスの空燃比も理論空燃比あるいはリッチ空燃比となり、排気ガス中には多くの未燃ＨＣが存在することになる。この排気ガス中の未燃ＨＣは始動時触媒を素通りして吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入される。
【００２２】
また、このＳ被毒回復処理時には、過給空気の一部が過給空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記始動時触媒との間に導入され、この過給空気は排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に導入される。
【００２３】
その結果、排気ガス中の未燃ＨＣと過給空気の多量の酸素が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において酸化反応を起こし、この時に生じる反応熱によって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が昇温する。その結果、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は迅速にＳＯｘ放出温度まで昇温する。
【００２４】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記Ｓ被毒回復処理完了後、所定期間の間、前記過給空気供給手段によって過給空気の一部を前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に導入し、この過給空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入する。Ｓ被毒回復処理完了直後は吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒床温が高温になっており、ＮＯx浄化率の低い状態にある。したがって、このときにリーン空燃比の排気ガスを吸蔵還元型ＮＯx触媒に流してもＮＯxを効率的に浄化することができない虞れがある。そこで、Ｓ被毒回復処理完了後、所定期間の間だけ、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に過給空気を導入すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気ガスの温度が低下せしめられ、その結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒床温をＮＯx浄化率の高い温度まで低下させることができ、Ｓ被毒回復処理完了後の早い時期から高いＮＯx浄化率を得ることができる。
【００２５】
尚、Ｓ被毒回復処理完了後に過給空気を導入させるべき「所定の期間の間」とは、「予め設定した所定時間」としてもよいし、あるいは、「吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒床温が予め設定した所定温度まで低下するまでの間」とすることもできる。
【００２６】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、過給機は、主に機関自体の動力により駆動される所謂機械式過給機であってもよいし、あるいは、排気ガスエネルギを動力として駆動される所謂排気タービン過給機であってもよい。
【００２７】
前記発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関としてはガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示することができる。前記発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、始動時触媒としては三元触媒を例示することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を図１から図１５の図面を参照して説明する。尚、以下に説明する各実施の形態は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を、希薄燃焼可能な筒内噴射型の車両用リーンバーンガソリンエンジンに適用した例である。
【００２９】
〔第１の実施の形態〕
初めに、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態を図１から図１１の図面を参照して説明する。
まず、第１の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の構成を図１から図４の図面を参照して説明する。
【００３０】
第１の実施の形態における機関本体１は直列４気筒エンジンである。機関本体１の各気筒の吸気ポート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は吸気管４を介してエアクリーナ５に接続されている。吸気管４内にはスロットル弁６が設けられており、スロットル弁６よりも上流には、吸気管４内を流れる空気量に対応した電気信号を出力するエアフロメータ８が設けられている。また、各気筒には筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁７が取り付けられている。この燃料噴射弁７は後述するＥＣＵ９０とともに、排気空燃比制御手段を構成する。
【００３１】
また、機関本体１の各気筒の排気ポートは排気マニホルド９を介して排気管１０に接続されており、各気筒から排出された排気ガスがこの排気管１０において合流する。排気管１０には、排気管１０を流れる排気ガスの酸素濃度に対応した電気信号を出力する上流側Ｏ２センサ１１が取り付けられている。
【００３２】
排気管１０は始動時触媒１２を収容したケーシング１３に接続されている。始動時触媒１２は、後述するＮＯｘ触媒６１が活性化していない機関始動時に排気ガスを浄化するものであり、例えばアルミナ担体上に白金Ｐｔのような貴金属が坦持された三元触媒から構成されている。
【００３３】
ケーシング１３は排気管１４を介して第１通路２０と第２通路４０に接続されている。第１通路２０と第２通路４０はほぼ同じ長さであり、互いに並行に配置されている。
【００３４】
第１通路２０は、排気管１４に連結される部分が円筒状をなす円管部２１になっていて、円管部２１が断面変形部２２を介して図３に示すように断面略円弧状をなす排気冷却促進部２３に連結され、排気冷却促進部２３が断面変形部２４を介して円筒状をなす円管部２５に連結され、円管部２５がＨＣ吸着材２６を収容したケーシング２７に連結され、ケーシング２７が円筒状をなす円管部２８に連結されて、構成されている。
【００３５】
排気冷却促進部２３は、第１通路２０を流れる排気ガスの温度降下を促進させるために断面を略円弧状にして放熱量の増大を図った部分であり、所望の放熱効果が得られるように、排気冷却促進部２３の断面形状や寸法、及び排気冷却促進部２３の軸線方向長さ（すなわち、排気ガスの流れ方向に沿う長さ）が設定されている。
【００３６】
また、排気冷却促進部２３には、その途中に、排気冷却促進部２３を流れる排気ガスの流速分布を円弧方向に平均化するための邪魔板２９が円弧端部の一方に取り付けられている。排気ガスの流速分布を平均化することにより効率的な放熱が行われる。
【００３７】
断面変形部２２は、断面円形の円管部２１から徐々に断面変形させて断面円弧状の排気冷却促進部２３にスムーズに連結する部分であり、断面変形部２４は、断面円弧状の排気冷却促進部２３から徐々に断面変形させて断面円形の円管部２５にスムーズに連結する部分である。
【００３８】
ＨＣ吸着材２６は、エンジンを冷間始動させたときなどに始動時触媒１２で浄化できない未燃ＨＣを吸着するためのものである。
【００３９】
第１通路２０の円管部２１には、第１アクチュエータ５１によって開閉駆動される第１排気切替弁５２が設けられている。
一方、第２通路４０はその全長に亙って円筒状をなしており、第２通路４０には、第２アクチュエータ５３によって開閉駆動される第２排気切替弁５４が設けられている。
【００４０】
この実施の形態において、第１排気切替弁５２と第２排気切替弁５４は、第１通路２０を流れる排気ガス量と第２通路４０を流れる排気ガス量を制御する流量制御手段を構成する。
【００４１】
このように第１通路２０と第２通路４０が構成されているので、同一温度の排気ガスを同一流量で第１通路２０あるいは第２通路４０に流した場合を比較すると、第１通路２０に流したときの方が第２通路４０に流したときよりも、排気ガスの温度降下が大きい。
【００４２】
第１通路２０の円管部２８と第２通路４０は共に合流管（合流通路）６０に接続されている。合流管６０はリーンＮＯｘ触媒の一種である吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と略す）６１を収容したケーシング６２に接続され、ケーシング６２は排気管６３を介して、三元触媒６４を収容したケーシング６５に接続され、ケーシング６５は排気管６６を介して図示しないマフラーに接続されている。
【００４３】
ＮＯｘ触媒６１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なる。
【００４４】
ＮＯｘ触媒６１は、排気空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、流入排気ガス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。また、ＮＯｘ触媒６１から放出されたＮＯｘは還元剤によってＮ２に還元される。ここで、排気空燃比とは、機関吸気通路およびＮＯｘ触媒６１より上流の排気通路内に供給された全燃料量及び全還元剤量に対する全空気量の比をいう。
【００４５】
なお、ＮＯｘ触媒６１よりも上流の排気通路内に燃料（炭化水素）あるいは空気が供給されない場合には、排気空燃比は各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。
【００４６】
排気管６３には、排気管６３を流れる排気ガスの温度に比例した電気信号を出力する排気温センサ（温度検出手段）６７と、排気管６３を流れる排気ガスの酸素濃度に対応した電気信号を出力する下流側Ｏ２センサ６８が取り付けられている。
【００４７】
この実施の形態においては、排気温センサ６７により検出される排気ガス温度は、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温あるいは三元触媒６４の触媒床温としても代用される。
【００４８】
合流管６０には、二次空気供給管６９が接続されており、二次空気供給装置７０を作動させることにより二次空気を合流管６０に供給することができるようになっている。尚、この実施の形態において、二次空気供給管６９と二次空気供給装置７０は二次空気供給手段を構成する。
【００４９】
エンジンコントロール用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）９０はディジタルコンピュータからなり、図４に示すように、双方向性バス９１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）９２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）９３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）９４、常時電力が供給されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）９５、入力ポート９６及び出力ポート９７を具備する。
【００５０】
ＥＣＵ９０の入力ポート９６には、エアフロメータ８、上流側Ｏ２センサ１１、排気温センサ６７、下流側Ｏ２センサ６８などの出力信号がそれぞれ対応するＡＤ変換器９８を介して入力される。また、ＥＣＵ９０の入力ポート９６には、回転数センサ（図示せず）から機関回転数Ｎを表す出力パルスが入力される。
【００５１】
ＥＣＵ９０の出力ポート９７は、対応する駆動回路９９を介して、各気筒の燃料噴射弁７、各気筒の点火栓（図示せず）、第１アクチュエータ５１、第２アクチュエータ５３、二次空気供給装置７０などに電気的に接続されている。
【００５２】
ところで、この実施の形態のエンジンでは、エンジンの運転状態に応じて空燃比を変えて運転する空燃比制御が実行される。つまり、このエンジンでは、リーン条件成立時には各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンに制御（これをリーン制御という）され、リーン条件不成立時には各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比が理論空燃比に制御（これをストイキ制御という）される。例えば機関負荷が予め定められた設定負荷よりも高いとき、暖機運転時、またはＮＯｘ触媒６１が活性状態にないときにリーン条件が不成立であると判断されてストイキ制御が実行され、それ以外はリーン条件が成立していると判断されてリーン制御が実行される。
【００５３】
リーン制御時に機関から排出される排気ガスの空燃比はリーンであることから、リーン制御時に排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ触媒６１に吸収される。ところが、ＮＯｘ触媒６１のＮＯｘ吸収能力には限界があるのでＮＯｘ触媒６１のＮＯｘ吸収能力が飽和する前にＮＯｘ触媒６１からＮＯｘを放出させる必要がある。そこで、この実施の形態では、ＮＯｘ触媒６１のＮＯｘ吸収量が予め定められた設定量よりも多くなったときには各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチにしてＮＯｘ触媒６１からＮＯｘを放出させるとともに還元するようにしている。このような空燃比制御をリーン・リッチスパイク制御と称している。
【００５４】
また、ＮＯｘ触媒６１のＮＯｘ浄化率は、図１０に示すように触媒床温によって異なり、触媒床温が低すぎてもあるいは高すぎてもＮＯｘ浄化率が低く、所定の温度域において極めて高いＮＯｘ浄化率を示す。
【００５５】
そこで、この実施の形態においては、排気ガスの温度降下が大きい第１通路２０と、排気ガスの温度降下が小さい第２通路４０を状況に応じて使い分けることにより、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温をＮＯｘ浄化率の高い温度領域（以下、高ＮＯｘ浄化温度領域という）に保持するようにしている。このようにＮＯｘ触媒６１の触媒床温を制御することにより、ＮＯｘ触媒６１を高温に晒されにくくすることができ、その結果、ＮＯｘ触媒６１の熱劣化の進行を抑制することができる。尚、排気ガスの流路切り替えは第１排気切替弁５２と第２排気切替弁５４で行う。このＮＯｘ触媒６１の温度制御については、後で詳述する。
【００５６】
一方、燃料には硫黄（Ｓ）が含まれており、燃料中の硫黄が燃焼するとＳＯ２やＳＯ３などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が発生し、ＮＯｘ触媒６１は排気ガス中のこれらＳＯｘも吸収する。このＳＯｘはＮＯｘ触媒６１において硫酸塩を生成するが、硫酸塩は安定していて分解しにくく、リッチ空燃比の排気ガスを流しただけでは分解できず、ＮＯｘ触媒６１内に残ってしまう。そして、硫酸塩の生成量の増大に伴ってＮＯｘ触媒６１のＮＯｘ吸収能力が低下する。これがいわゆるＳ被毒である。
【００５７】
ところが、ＮＯｘ触媒６１内で生成された硫酸塩は、ＮＯｘ触媒６１の温度が所定の温度（以下、この温度をＳＯｘ放出温度という）よりも高いときに流入排気空燃比を理論空燃比より僅かにリッチ（以下、弱リッチという）にすると分解してＳＯ３の形でＮＯｘ触媒６１から放出される。そこで、この実施の形態では、ＮＯｘ触媒６１のＳＯｘ吸収量が予め定められた規定量よりも多くなったときには、流入排気空燃比を弱リッチ（例えば１３．５から１４．３程度）にするとともにＮＯｘ触媒６１を昇温し、これによってＮＯｘ触媒６１からＳＯｘを放出させるようにしている。この処理を、ＮＯｘ触媒６１のＳ被毒回復処理と称す。Ｓ被毒回復処理によりＮＯｘ触媒６１から放出されたＳＯ３は流入する排気ガス中のＨＣ、ＣＯによってただちにＳＯ２に還元せしめられる。
【００５８】
そして、この実施の形態では、Ｓ被毒回復処理時に、ＮＯｘ触媒６１からＳＯｘを放出させるべくＮＯｘ触媒６１を昇温するために、合流管６０に二次空気を供給している。Ｓ被毒回復処理時にはエンジンを弱リッチの空燃比で運転するので、排気ガスには未燃ＨＣが多く含まれており、合流管６１に二次空気を供給すると、排気ガス中の未燃ＨＣと二次空気の多量の酸素がＮＯｘ触媒６１において酸化反応を起こす。この時に生じる反応熱によってＮＯｘ触媒６１の温度が上昇する。また、Ｓ被毒回復処理時には、排気ガスを第２通路４０に流して排気ガスの温度降下を抑制し、ＮＯｘ触媒６１の加熱を促進する。
【００５９】
また、Ｓ被毒回復処理完了直後は、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が極めて高いため、ＮＯｘ浄化率が低い。そこで、この実施の形態においては、Ｓ被毒回復処理完了後は、ＮＯｘ触媒６１をＮＯｘ浄化率の高い温度まで素早く冷却するために、排気ガスの流路を排気ガスの温度降下が大きい第１通路２０に切り替えるとともに、合流管６０に二次空気を供給する。この処理をＮＯｘ触媒冷却処理と称す。
Ｓ被毒回復処理およびＮＯｘ触媒冷却処理については後で詳述する。
【００６０】
尚、空燃比を理論空燃比に制御するとき、および、弱リッチ空燃比に制御するときには、ＥＣＵ９０は、上流側Ｏ２センサ１１の出力値に基づいて燃料噴射量のメインフィードバック制御を行い、さらに制御性を高めるために下流側Ｏ２センサ６８の出力値に基づいて燃料噴射量のサブフィードバック制御を行う。
【００６１】
次に、本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の作用を図５から図９のフローチャートを参照して詳細に説明する。
図５のフローチャートは、本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の基本制御ルーチンを示しており、この基本制御ルーチンは、ＥＣＵ９０のＲＯＭ９２に予め記憶されており、ＣＰＵ９４により予め設定された所定時間毎に繰り返し実行される。
【００６２】
＜ステップ１００＞
まず、ＥＣＵ９０は、ステップ１００において、ＨＣ吸着・パージ制御を実行する。
ＨＣ吸着・パージ制御は、エンジンを冷間始動させたときに多量に発生する未燃ＨＣを大気に放出させないように、冷間始動時に排気ガスを第１通路２０に流してＨＣ吸着材２６により排気ガス中の未燃ＨＣを吸着し、さらに、ＨＣ吸着材２６で吸着したＨＣを所定のエンジン運転状態になったときにＨＣ吸着材２６から脱離させ、下流に配置されたＮＯｘ触媒６１または三元触媒６４で酸化し浄化するために行われる。ＨＣ吸着・パージ制御については後で詳細に説明する。
【００６３】
＜ステップ２００＞
ＨＣ吸着・パージ制御を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ２００に進み、ＮＯｘ触媒６１の温度制御を実行する。ＮＯｘ触媒温度制御は、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が常にＮＯｘ浄化率の高い最適温度域に収まるように、触媒床温が最適温度域よりも高温側にずれそうになったときには排気ガスを第１通路２０に流して放熱量を増大させＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの温度を下げることによりＮＯｘ触媒６１の触媒床温を低下させ、触媒床温が最適温度域よりも低温側にずれそうになったときには排気ガスを第２通路４０に流して放熱量を低減させてＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの温度を上げることによりＮＯｘ触媒６１の触媒床温を上昇させるために行われる。ＮＯｘ触媒温度制御については後で詳述する。
【００６４】
＜ステップ３００＞
ＮＯｘ触媒温度制御を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ３００に進んで、ＮＯｘ触媒６１のＳ被毒カウンタをカウントアップする。Ｓ被毒カウンタは、積算燃料消費量や積算排気ガス量などＳ消費量の代替値となり得る物理量を積算してＮＯｘ触媒６１のＳ被毒量を推定するものであり、Ｓ被毒回復処理完了時にリセットされる。
【００６５】
＜ステップ４００＞
次に、ＥＣＵ９０は、ステップ４００に進んで、Ｓ被毒カウンタのカウント値が予め設定した規定値以上、あるいは、排気冷却実行フラグＦ１が「１」、の少なくともいずれか一方の条件が満たされているか否か判定する。Ｓ被毒カウンタのカウント値が前記規定値以上であるときは、ＮＯｘ触媒６１のＳ被毒が進んでＳ被毒回復処理を実行すべき時である。また、排気冷却実行フラグＦ１が「１」のときは、Ｓ被毒回復処理後にＮＯｘ触媒６１を迅速にＮＯｘ浄化可能な温度まで冷却するために、排気通路に二次空気の供給を実行すべき時である。
【００６６】
＜ステップ５００＞
Ｓ被毒カウンタのカウント値が予め設定した規定値以上のとき、あるいは、排気冷却実行フラグＦ１が「１」のときには、ＥＣＵ９０は、ステップ４００において肯定判定してステップ５００に進み、Ｓ被毒回復制御を実行する。Ｓ被毒回復制御は、ＮＯｘ触媒６１に吸収されているＳＯｘをＮＯｘ触媒６１から脱離しＳＯ２として排出し、さらに、ＮＯｘ触媒６１からＳＯｘを脱離させた直後のＮＯｘ触媒６１は高温でＮＯｘ浄化能が低いので、ＮＯｘ浄化能の高い温度までＮＯｘ触媒６１の触媒床温を下げるために行われる。Ｓ被毒回復制御については後で詳述する。
【００６７】
＜ステップ６００＞
ステップ４００において否定判定した場合、及び、ステップ５００のＳ被毒回復制御を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ６００に進んで、二次空気制御を実行する。二次空気制御は、必要なときに排気通路に二次空気を供給するために行われる。ステップ６００を実行した後、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６８】
《ＨＣ吸着・パージ制御》
次に、ステップ１００のＨＣ吸着・パージ制御について図６に示すＨＣ吸着・パージ制御ルーチンを参照して説明する。
【００６９】
＜ステップ１０１＞
まず、ＥＣＵ９０は、ステップ１０１において、ＲＡＭ９３の所定領域に予め設定された吸着完了フラグＦ２の記憶領域および吸着禁止フラグＦ３の記憶領域にアクセスし、吸着完了フラグＦ２が「０」、あるいは、吸着禁止フラグＦ３が「０」、の少なくともいずれか一方の条件が満たされているか否か判定する。
【００７０】
吸着完了フラグＦ２の記憶領域は、冷間始動時にＨＣ吸着材２６に所定量のＨＣが吸着されたときに「１」が記憶され、エンジン停止時に初期値「０」が記憶される領域である。したがって、吸着完了フラグＦ２は、エンジン始動時には常に初期値「０」が記憶されている。
【００７１】
また、吸着禁止フラグＦ３の記憶領域は、排気ガスの温度が規定値以上になったときに「１」が記憶され、エンジン停止時に初期値「０」が記憶される領域である。したがって、吸着禁止フラグＦ３は、エンジン始動時には常に初期値「０」が記憶されている。
【００７２】
＜ステップ１０２＞
吸着完了フラグＦ２が「０」のとき、あるいは、吸着禁止フラグＦ３が「０」のときには、ＥＣＵ９０は、ステップ１０１において肯定判定してステップ１０２に進み、ＨＣ吸着条件が成立しているか否か判定する。ここで、ＨＣ吸着条件成立は、始動時触媒１２が活性温度に達していないときであり、エンジンの冷却水温度や始動時からの積算排気ガス量などから判定する。したがって、未燃ＨＣの発生量が多くなるエンジンの冷間始動時はＨＣ吸着条件が成立する。
【００７３】
＜ステップ１０３＞
ステップ１０２において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１０３に進み、第１排気切替弁５２が全開になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全閉になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第１通路２０に流す。ＨＣ吸着条件成立時にはＨＣ吸着材２６が吸着温度にあり、且つ排気ガス温度が低いため、排気ガスを第１通路２０に流すと、排気ガス中の未燃ＨＣがＨＣ吸着材２６に吸着される。また、排気ガスは第１通路２０の排気冷却促進部２３を通過する際に冷却されるため、ＨＣ吸着材２６に流入する排気ガス温度が下がり、ＨＣ吸着材２６のＨＣ吸着率が高められるとともにＨＣ吸着時間が拡大される。
【００７４】
＜ステップ１０４＞
ステップ１０３を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ１０４に進み、ＨＣ吸着条件成立後の積算排気ガス量が規定値以上であるか否か判定する。ここで、積算排気ガス量の規定値は、ＨＣ吸着材２６の温度がＨＣ放出温度以上になるまでに必要な排気ガス量であり、予め実験的に求めてＲＯＭ９２に記憶しておく。
【００７５】
＜ステップ１０５＞
ステップ１０４において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１０５に進み、吸着完了フラグＦ２の記憶領域の値を「０」から「１」に書き換え、その後、ステップ１０９に進む。一方、ステップ１０４において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１０４からステップ１０９に進む。したがって、ＨＣ吸着条件が成立している間は、ＨＣ吸着条件成立後の積算排気ガス量が前記規定値以上になりステップ１０４で肯定判定されるまで、排気ガスは第１通路２０に流れることになる。
【００７６】
＜ステップ１０６＞
一方、ステップ１０２において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１０６に進み、第１排気切替弁５２が全閉になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全開になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第２通路４０に流す。
【００７７】
ここで、排気ガスの流れを第１通路２０から第２通路４０に切り替える理由は次の通りである。吸着条件不成立のときには始動時触媒１２が活性温度に達しているので、この始動時触媒１２で排気ガス中のＨＣを浄化することができるからであり、また、吸着条件不成立時にはＨＣ吸着材２６の温度がＨＣ放出温度以上になっていると推定されるので、そのときに排気ガスを第１通路２０に流すとＨＣ吸着材２６からＨＣが離脱し排気エミッションを悪化させる虞れがあるからである。
【００７８】
＜ステップ１０７＞
ステップ１０６を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ１０７に進み、排気温センサ６７の出力値から排気ガス温度が規定値以上であるか否か判定する。このステップ１０７における排気ガス温度は三元触媒６４の触媒床温の代用として用いており、排気ガス温度が規定値以上ということは三元触媒６４が活性温度以上であることを意味する。排気ガス温度の前記規定値は予め実験的に求めＲＯＭ９２に記憶しておく。
【００７９】
＜ステップ１０８＞
ステップ１０７において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、三元触媒６４が活性化していると判断してステップ１０８に進み、吸着禁止フラグＦ３の記憶領域の値を「０」から「１」に書き換え、その後、ステップ１０９に進む。一方、ステップ１０７において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１０７からステップ１０９に進む。
【００８０】
＜ステップ１０９＞
ＥＣＵ９０は、ステップ１０９において、吸着禁止フラグＦ３が「１」か否か判定する。ステップ１０９において否定判定された場合には、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。すなわち、吸着禁止フラグＦ３が「１」になるまでは、ＥＣＵ９０はステップ１１０〜１１５，１１６のステップには進まず、ＨＣ吸着材２６からのＨＣパージを実行しない。
【００８１】
尚、ステップ１０５において吸着完了フラグＦ２が「１」に書き換えられ、さらに、ステップ１０８において吸着禁止フラグＦ３が「１」に書き換えられた以降にＥＣＵ９０が本ルーチンを実行するときには、ステップ１０１において否定判定して、ステップ１０１からステップ１０９に進むことになる。
【００８２】
＜ステップ１１０＞
ステップ１０９において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１１０に進み、ＲＡＭ９３の所定領域に予め設定されたＨＣパージ完了フラグＦ４の記憶領域にアクセスし「０」が記憶されているか否か判定する。
【００８３】
ＨＣパージ完了フラグＦ４の記憶領域は、ＨＣ吸着材２６からのＨＣパージ実行時における排気ガス量の積算値が規定値以上になったときに「１」が記憶され、エンジン停止時に初期値「０」が記憶される領域である。したがって、ＨＣパージ完了フラグＦ４は、エンジン始動時には常に初期値「０」が記憶されている。
【００８４】
＜ステップ１１１＞
ステップ１１０において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１１１に進みＨＣパージ実行条件が成立しているか否か判定する。ここで、ＨＣパージ実行条件成立の条件は、三元触媒６４の触媒床温が活性温度以上であり、且つ、エンジンがリーン制御モードで運転されているか、あるいは、エンジンがフューエルカット運転であることである。これは、排気ガスの空燃比がリーンのときにＨＣ吸着材２６からＨＣを脱離させた方が、ＮＯｘ触媒６１および三元触媒６４への負担を減らすことができ、したがってエミッションの悪化を防止することができ、また、三元触媒６４の触媒床温が活性温度以上でないと、ＨＣ吸着材２６からパージしたＨＣを三元触媒６４で浄化できず、エミッションを悪化させてしまうからである。尚、この実施の形態では、三元触媒６４の触媒床温は排気温センサ６７で検出される排気ガス温度で代用する。
【００８５】
＜ステップ１１２＞
ステップ１１１において肯定判定した場合、すなわち、ＨＣパージ実行条件が成立している場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１１２に進み、第１排気切替弁５２が全開になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全閉になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第１通路２０に流す。
【００８６】
排気ガスを第１通路２０に流すと、ＨＣ吸着材２６はＨＣ放出温度以上であるので、ＨＣ吸着材２６に吸着されていたＨＣがパージされ、パージされたＨＣは排気ガスとともにＮＯｘ触媒６１および三元触媒６４に流れ、ＮＯｘ触媒６１あるいは三元触媒６４で酸化されて浄化される。
【００８７】
＜ステップ１１３＞
ステップ１１２を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ１１３に進み、ＨＣ吸着材２６のＨＣパージ時の排気ガス量をパージ開始から積算するパージ積算ガス量カウンタをカウントアップし、ＨＣパージ時の排気ガス量を積算する。尚、このパージ積算ガス量カウンタはエンジン停止時に初期値「０」にリセットされるようになっている。
【００８８】
＜ステップ１１４＞
ステップ１１３でＨＣパージ時の排気ガス量を積算した後、ＥＣＵ９０は、ステップ１１４に進み、パージ積算ガス量カウンタのカウント値が規定値以上か否か、すなわち、ＨＣパージ時の積算排気ガス量が規定値以上か否か判定する。ここで、ＨＣパージ時の積算排気ガス量の規定値は、ＨＣ吸着材２６に吸着されたＨＣの全量をパージさせるのに必要な排気ガス量であり、予め実験的に求めてＲＯＭ９２に記憶しておく。
【００８９】
ステップ１１４において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、本ルーチンを一旦終了する。したがって、ＨＣパージ時の積算排気ガス量が規定値以上になるまで第１通路２０に排気ガスを流しＨＣ吸着材２６のＨＣパージが続行されることになる。
【００９０】
＜ステップ１１５＞
ステップ１１４において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１１５に進み、ＨＣパージ完了フラグＦ４の記憶領域の値を「０」から「１」に書き換えて、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００９１】
この場合、ＥＣＵ９０が本ルーチンを次回以後実行したときには、ＥＣＵ９０は、ステップ１１０において否定判定して、本ルーチンの実行を一旦終了することになり、したがって、ステップ１１１〜１１５，１１６のステップを実行しない。
【００９２】
＜ステップ１１６＞
また、ＨＣ吸着材２６からＨＣをパージしていても、次回本ルーチンを実行したときにパージ実行条件不成立になったときには、ＥＣＵ９０は、ステップ１１１において否定判定して、ステップ１１６に進み、第１排気切替弁５２が全閉になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全開になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第２通路４０に流す。これにより、ＨＣ吸着材２６からのＨＣパージが一旦中断され、再びパージ実行条件成立となったときにＨＣパージを再開することになる。
【００９３】
以上のように、このＨＣ吸着・パージ制御を実行することにより、エンジン始動時に排出される未燃ＨＣ、特に、冷間始動時に多く排出される未燃ＨＣが大気に排出されなくなる。
【００９４】
《ＮＯｘ触媒温度制御》
次に、図５の基本制御ルーチンにおけるステップ２００のＮＯｘ触媒温度制御について図７に示すＮＯｘ触媒温度制御ルーチンを参照して説明する。
【００９５】
＜ステップ２０１＞
まず、ＥＣＵ９０は、ステップ２０１において、吸着完了フラグＦ２とＨＣパージ完了フラグＦ４が両方とも「１」であるか否か判定する。ＥＣＵ９０は、ステップ２０１において否定判定した場合にはステップ２０２に進み、肯定判定した場合にはステップ２０３に進む。
【００９６】
＜ステップ２０２＞
ＥＣＵ９０は、ステップ２０２において、吸着禁止フラグＦ３が「１」であるか否か判定し、肯定判定した場合にはステップ２０３に進み、否定判定した場合には本ルーチンの実行を一旦終了する。したがって、ＥＣＵ９０は、ＨＣ吸着材２６に吸着されたＨＣのパージが完了している場合、あるいは、三元触媒６４が活性した後でなければ、ステップ２０３に進まないこととなる。
【００９７】
＜ステップ２０３＞
ステップ２０３において、ＥＣＵ９０は、Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５の記憶領域にアクセスし「０」が記憶されているか否か判定する。Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５の記憶領域は、ＮＯｘ触媒６１に吸収されたＳＯｘを脱離させるＳ被毒回復処理を実行しているときに「１」が記憶され、Ｓ被毒回復処理完了後のＮＯｘ触媒冷却処理を実行しているときに「０」が記憶される領域である。
ステップ２０３において否定判定した場合、すなわち、ＮＯｘ触媒６１に対してＳ被毒回復処理を実行中のときは、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００９８】
＜ステップ２０４＞
ステップ２０３において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ２０４に進み、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が予め設定された規定値αよりも低いか否か判定する。尚、この実施の形態においては、排気温センサ６７で検出される排気ガス温度をＮＯｘ触媒６１の触媒床温として代用する。
【００９９】
＜ステップ２０５＞
ステップ２０４において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、第１排気切替弁５２が全閉になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全開になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第２通路４０に流す。排気ガスが第２通路４０を流れたときは第１通路２０を流れたときよりも排気ガスの温度降下が少ないので、ＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの温度を上げることができ、その結果、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温を高ＮＯｘ浄化率が得られる温度領域に保持することができる。
【０１００】
＜ステップ２０６＞
ステップ２０４で否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ２０６に進み、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が予め設定された規定値β以上か否か判定する。尚、規定値βは規定値αよりも高い温度である（β＞α）。
【０１０１】
＜ステップ２０７＞
ステップ２０６において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、第１排気切替弁５２が全開になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全閉になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第１通路２０に流す。排気ガスが第１通路２０を流れたときは第２通路４０を流れたときよりも排気ガスの温度降下が大きいので、ＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの温度を下げることができ、その結果、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温を高ＮＯｘ浄化率が得られる温度領域に保持することができる。
【０１０２】
ステップ２０６において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。したがって、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定値α以上であって規定値βより小さいときには、排気ガスの流路は切り替わることなく現状維持となり、これにより排気流路の切り替え頻度が少なくなる。
【０１０３】
尚、排気ガスの流路を切り替える際に閾値となる規定値αはＮＯｘ浄化率を高く維持可能な最低温度であり、規定値βはＮＯｘ浄化率を高く維持可能な最大温度である。さらに、この規定値α，βは、単に固定値を用いてもよいし、図１０に示すようにＮＯｘ浄化率の温度特性はＮＯｘ触媒の熱劣化の度合によって異なることから、ＮＯｘ触媒の熱劣化の度合を検出し、検出された熱劣化度合に応じて規定値α，βを変更してもよい。
【０１０４】
図１１は、車速と、第１通路２０に排気ガスを流したときのＮＯｘ触媒６１の触媒床温、あるいは、第２通路４０に排気ガスを流したときのＮＯｘ触媒６１の触媒床温との関係を実験的に求めた一例である。このように第１通路２０に排気ガスを流したときには低速運転時にＮＯｘ触媒６１を高ＮＯｘ浄化温度領域に保持することができず、第２通路４０に排気ガスを流したときには高速運転時にＮＯｘ触媒６１を高ＮＯｘ浄化温度領域に保持することができない。しかしながら、前述の如くＮＯｘ触媒６１の触媒床温に応じて排気ガスの流路を第１通路２０あるいは第２通路４０に切り替えると、低車速から高車速の広範囲においてＮＯｘ触媒６１の触媒床温を高ＮＯｘ浄化温度領域に保持することが可能になる。
【０１０５】
《Ｓ被毒回復制御》
次に、図５の基本制御ルーチンにおけるステップ５００のＳ被毒回復制御について図８に示すＳ被毒回復制御ルーチンを参照して説明する。
【０１０６】
＜ステップ５０１＞
まず、ＥＣＵ９０は、ステップ５０１において、排気冷却実行フラグＦ１が「０」か否か判定する。
【０１０７】
＜ステップ５０２＞
ステップ５０１において肯定判定した場合には、Ｓ被毒カウンタのカウント値が規定値以上であることになるので、ＥＣＵ９０は、ステップ５０２に進み、Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５を「１」とする。Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５＝１はＳ被毒回復処理実行中を意味する。
【０１０８】
＜ステップ５０３＞
ステップ５０２に続いて、ＥＣＵ９０は、ステップ５０３に進み、（１）排気ガスを第２通路４０に流し、（２）二次空気を排気ガス中に供給し、（３）空燃比を弱リッチに制御してエンジンを運転する。
【０１０９】
詳述すると、まず、ＥＣＵ９０は、第１排気切替弁５２が全閉になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全開になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第２通路４０に流す。これにより、排気ガスがＮＯｘ触媒６１に到達するまでの排気ガスの温度降下が抑制される。次に、ＥＣＵ９０は、二次空気供給装置７０を作動させて、二次空気供給管６９からＮＯｘ触媒６１の上流の合流管６０に二次空気を供給する。次に、ＥＣＵ９０は、燃料噴射制御装置により空燃比を弱リッチに制御する。
【０１１０】
弱リッチの空燃比でエンジンを運転すると、排気ガスは未燃ＨＣを多量に含む弱リッチな空燃比の排気ガスとなり、この排気ガスが第２通路４０を通ってＮＯｘ触媒６１に流入する。
【０１１１】
そして、未燃ＨＣを多量に含む弱リッチな空燃比の排気ガスと二次空気供給管６９から供給された二次空気が合流管６０において合流し、ここで未燃ＨＣを多量に含む酸素過剰な排気ガスとなってＮＯｘ触媒６１に流入する。その結果、ＮＯｘ触媒６１において排気ガス中の未燃ＨＣと酸素が酸化反応し、その反応熱によってＮＯｘ触媒６１の触媒床温が上昇する。ＮＯｘ触媒６１の触媒床温がＳＯｘ放出温度（例えば、６５０゜Ｃ）以上になるとＮＯｘ触媒６１に吸収されていたＳＯｘがＮＯｘ触媒６１から脱離しＳＯ２として放出される。
【０１１２】
ＮＯｘ触媒６１において酸化されなかった未燃ＨＣは、下流の三元触媒６４において酸化されることになる。したがって、ステップ５０３において空燃比を弱リッチに制御する際の弱リッチの程度は、ＮＯｘ触媒６１を通過した未燃ＨＣを三元触媒６４で浄化することができる程度とするのが好ましい。
【０１１３】
尚、排気ガスは第２通路４０に流入する前に始動時触媒１２を通るが、始動時触媒１２を通る際には未だ二次空気が供給されておらず、排気ガス中の酸素濃度が極めて低いので、始動時触媒１２において酸化する未燃ＨＣは極めて少なく、排気ガス中の多くの未燃ＨＣがＮＯｘ触媒６１に流入する。
【０１１４】
また、ステップ５０３における処理を前述したように（１）排気ガス流路の切り替え、（２）二次空気供給、（３）弱リッチ制御の順番で実行することにより、Ｓ被毒回復処理開始時にエミッションが悪化するのを防止することができる。
【０１１５】
＜ステップ５０４＞
ステップ５０３の処理を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ５０４に進み、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が前記ＳＯｘ放出温度以上であり且つ下流側０２センサの出力値がリッチ出力か否か判定する。尚、この実施の形態においては、排気温センサ６７で検出される排気ガス温度をＮＯｘ触媒６１の触媒床温として代用する。
【０１１６】
ＮＯｘ触媒６１から効率的にＳＯｘを脱離しＳＯ２として放出するためには、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温がＳＯｘ放出温度以上であり、且つ、ＮＯｘ触媒６１において排気ガスの空燃比が弱リッチであることが必要である。ＮＯｘ触媒下流に配置されている下流側０２センサの出力値がリッチ出力であれば、ＮＯｘ触媒６１のケーシング６２内も弱リッチな雰囲気であると判断できる。
【０１１７】
また、ＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの空燃比が、ＳＯｘを効率的に還元することができる所定の空燃比となるように、二次空気供給装置７０を制御して二次空気供給量を制御するのが好ましい。なお、二次空気供給量を一定にし、エンジンの空燃比を制御して、ＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの空燃比を制御してもよい。
【０１１８】
＜ステップ５０５＞
ＥＣＵ９０は、ステップ５０４において肯定判定した場合には、ＮＯｘ触媒６１からＳＯｘが放出されているものとして、ステップ５０５に進み、ＳＯｘ放出時の排気ガス量を積算するＳ被毒回復積算ガス量カウンタをカウントアップする。
【０１１９】
一方、ステップ５０４において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ５１１に進み、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定値Ｔ２よりも低く、且つ、排気冷却実行フラグＦ１が「１」であるか否か判定する。この時点ではまだ排気冷却実行フラグＦ１が「０」であるので、ステップ５１１において否定判定して、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１２０】
＜ステップ５０６＞
ステップ５０５の処理を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ５０６に進み、Ｓ被毒回復積算ガス量カウンタのカウント値が規定値以上か否か判定する。この規定値は、ＮＯｘ触媒６１に吸収されているＳＯｘをほぼ完全に放出するのに必要な排気ガス量に対応するカウント値であり、予め実験的に求めてＲＯＭ９２に記憶しておく。
【０１２１】
ステップ５０６において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ５１１に進み、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定値Ｔ２よりも低く、且つ、排気冷却実行フラグＦ１が「１」であるか否か判定する。この時点ではまだ排気冷却実行フラグＦ１が「０」であるので、ステップ５１１において否定判定して、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１２２】
＜ステップ５０７＞
一方、ステップ５０６において肯定判定した場合には、ＮＯｘ触媒６１のＳ被毒回復処理が完了したものとして、ＥＣＵ９０は、ステップ５０７に進み、（１）第１排気切替弁５２が全開になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全閉になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第１通路２０に流し、（２）燃料噴射制御装置による空燃比制御を弱リッチ制御から上流側Ｏ２センサ１１の出力値だけに基づくフィードバックストイキ制御に切り替え、（３）排気冷却実行フラグＦ１を「１」とし、（４）Ｓ被毒カウンタをリセットし、（５）Ｓ被毒回復積算ガス量カウンタをリセットして、ＮＯｘ触媒６１に対する冷却処理を開始する。
【０１２３】
ＮＯｘ触媒６１のＳ被毒回復処理完了直後はＮＯｘ触媒６１の触媒床温が非常に高く、ＮＯｘ浄化率の低い温度域にあるため、その状態でリーン空燃比の排気ガスを流すと、エミッションが悪化してしまう。そのため、Ｓ被毒回復処理完了後は素早くＮＯｘ触媒６１の触媒床温を下げる必要がある。排気ガスを第１通路２０に流すと、排気冷却促進部２３の冷却促進効果により、合流管６０に到達するまでの排気ガスの温度降下が増大し、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温を早く下げることができる。
【０１２４】
また、合流管６０への二次空気の供給は停止されず続行されるので、ＮＯｘ触媒６１には二次空気との混合によりさらに冷却された排気ガスが流入することになり、ＮＯｘ触媒６１の冷却が促進される。
【０１２５】
また、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温がＮＯｘ浄化率の低い高温域にある間は排気空燃比を理論空燃比にしているので、ＮＯｘ触媒６１および三元触媒６４の三元触媒作用により排気ガスを浄化することができ、したがって、Ｓ被毒回復処理完了直後のエミッション悪化を防止することができる。
【０１２６】
尚、ステップ５０７における空燃比のストイキ制御を、上流側Ｏ２センサ１１の出力値だけに基づくフィードバック制御とするのは、Ｓ被毒回復処理完了後しばらくの間は下流側Ｏ２センサ６８の出力値がリッチ出力となるので、下流側Ｏ２センサ６８の出力値に基づくサブフィードバック制御も行うと、空燃比がリーン側に誤補正されるからである。
【０１２７】
＜ステップ５０８＞
ステップ５０７において排気冷却実行フラグＦ１を「１」にすると、次回このルーチンを実行したときには、ＥＣＵ９０は、ステップ５０１において否定判定してステップ５０８に進み、Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５を「０」にする。
【０１２８】
＜ステップ５０９＞
次に、ＥＣＵ９０は、ステップ５０９に進んで、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が予め設定された規定温度Ｔ１よりも小さく且つ上流側Ｏ２センサ１１の出力値に基づくフィードバックストイキ制御を実行しているか否か判定する。規定温度Ｔ１は、ストイキの排気ガスとリーン空燃比の排気ガスのどちらを流すかを決定する閾値である。
【０１２９】
＜ステップ５１０＞
ステップ５０９において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ５１０に進み、燃料噴射制御装置による空燃比制御を上流側Ｏ２センサ１１の出力値だけに基づくフィードバックストイキ制御から通常制御（すなわち、エンジンの運転状態に応じた空燃比制御）に切り替えて、ステップ５１１に進む。
【０１３０】
また、ステップ５０９において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ５１１に進む。したがって、ステップ５０７において空燃比を上流側Ｏ２センサ１１の出力値だけに基づくフィードバックストイキ制御に切り替えた後、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定温度Ｔ１よりも小さくなるまでは、ステップ５０９において否定判定されて、上流側Ｏ２センサ１１の出力値だけに基づくフィードバックストイキ制御を続行する。
【０１３１】
＜ステップ５１１＞
ステップ５１１において、ＥＣＵ９０は、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が予め設定した規定温度Ｔ２よりも低く、且つ、排気冷却実行フラグＦ１が「１」であるか否か判定する。尚、規定温度Ｔ２は規定温度Ｔ１よりも小さい値に設定しておく（例えば、Ｔ１＝５５０゜Ｃ ，Ｔ２＝５００゜Ｃ）。
【０１３２】
ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定温度Ｔ２以上の時には、ステップ５１１において否定判定され、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。したがって、この場合には、合流管６０への二次空気の供給は停止されずに続行され、ＮＯｘ触媒６１の冷却を続行する。
【０１３３】
＜ステップ５１２＞
ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定温度Ｔ２よりも低くなると、ステップ５１１において肯定判定されるので、ＥＣＵ９０は、ステップ５１２に進み、排気冷却実行フラグＦ１を「０」に書き換える。排気冷却実行フラグＦ１が「０」になると、後述の二次空気制御で説明するように、合流管６０への二次空気の供給が停止される。これによりＳ被毒回復処理完了後のＮＯｘ触媒冷却処理が終了する。
【０１３４】
また、排気冷却実行フラグＦ１が「０」になることにより、次回ルーチン実行時には基本制御ルーチンのステップ４００において否定判定されるので、このＳ被毒回復制御５００は実行されない。
【０１３５】
なお、この実施の形態では、ステップ５０６で肯定判定されてＳ被毒回復処理が完了すると、ＮＯｘ触媒６１の上流への二次空気の供給を続行しつつ、ステップ５０７でエンジンの空燃比をストイキ制御に変更し、ストイキの排気ガスと二次空気とを第１通路２０を介してＮＯｘ触媒６１に流すようにしているが、このようにすると、ＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの空燃比がリーン寄りになるため、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が高温状態（前述の実施の形態においては規定温度Ｔ１以上）にあるときにＮＯｘ浄化率が低くなる虞れがある。そこで、これに対処するに、Ｓ被毒回復処理が完了した時点で一旦ＮＯｘ触媒６１への二次空気の供給を停止し、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定温度Ｔ１よりも小さくなるまでは、二次空気をＮＯｘ触媒６１に供給せず、エンジンの空燃比をストイキ制御に変更し、ストイキの排気ガスを第１通路２０を介してＮＯｘ触媒６１に流すだけにすることにより、ＮＯｘ浄化率を高く維持しつつＮＯｘ触媒６１の冷却を行い、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定温度Ｔ１よりも低くなったらＮＯｘ触媒６１に二次空気を供給してより効率的にＮＯｘ触媒６１の冷却を行い、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定温度Ｔ２よりも低くなったら二次空気の供給を停止するようにしてもよい。この場合、二次空気の供給に併せてエンジンの空燃比をリーン制御に変更してもよいし、あるいはストイキ制御を続行してもよい。
【０１３６】
また、前述の実施の形態では、ステップ５０６で肯定判定されてＳ被毒回復処理が完了すると、ステップ５０９で肯定判定されるまでの間は、ストイキの排気ガスを流してＮＯｘ触媒６１の冷却処理を実行しているが、Ｓ被毒回復処理完了後、直ぐにリーン空燃比の排気ガスを第１通路２０に流してＮＯｘ触媒６１の触媒床温を規定温度Ｔ２より低くすることができる場合には、換言すれば、それくらい十分に排気冷却効果が得られるように排気冷却促進部２３を設計してある場合には、ストイキの排気ガスをＮＯｘ触媒６１に流して冷却する処理を省略することができ、それによりストイキ運転による燃費悪化を抑制することができる。
【０１３７】
《二次空気制御》
次に、図５の基本制御ルーチンにおけるステップ６００の二次空気制御について図９の二次空気制御ルーチンを参照して説明する。
【０１３８】
＜ステップ６０１＞
まず、ＥＣＵ９０は、ステップ６０１において、Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５が「１」、あるいは、排気冷却実行フラグＦ１が「１」、の少なくともいずれか一方の条件が満たされているか否か判定する。
【０１３９】
＜ステップ６０２＞
Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５が「１」のとき、あるいは、排気冷却実行フラグＦ１が「１」のときには、ＥＣＵ９０は、ステップ６０１において肯定判定してステップ６０２に進み、二次空気供給装置７０を作動させて、二次空気供給管６９から合流管６０に二次空気を供給する。
【０１４０】
＜ステップ６０３＞
Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５が「０」であって、且つ、排気冷却実行フラグＦ１が「０」であるときには、ＥＣＵ９０は、ステップ６０１において否定判定してステップ６０３に進み、二次空気供給装置７０の作動を停止し、二次空気供給管６９から合流管６０への二次空気の供給を停止する。
【０１４１】
したがって、ＥＣＵ９０が、基本制御ルーチンにおいてステップ４００で肯定判定し、ステップ５００のＳ被毒回復制御に進んだ場合には、Ｓ被毒回復制御ルーチンのステップ５１２において排気冷却実行フラグＦ１が「０」に書き換えられるまでは、合流管６０への二次空気供給が行われることになる。
【０１４２】
尚、前述の実施の形態では、二次空気を合流管６０に導入しているが、二次空気の導入位置はこれに限るものではなく、例えば、始動時触媒１２の直ぐ下流の排気管１４に導入することも可能である。排気管１４に二次空気を導入した場合には、二次空気導入点からＮＯｘ触媒６１までの距離が十分にあるので、その間に弱リッチ空燃比の排気ガスと二次空気を十分に混合することができるというメリットがある。
【０１４３】
これに対して、前述した実施の形態の場合のようにＮＯｘ触媒６１の直ぐ上流の合流管６０に二次空気を導入した場合には、弱リッチ空燃比の排気ガスと二次空気の酸化反応がケーシング６２の直ぐ上流あるいはケーシング６２内において行われるので、その反応熱を極めて有効にＮＯｘ触媒６１の昇温に利用することができ、したがって、ＮＯｘ触媒６１を所望の温度まで極めて迅速に昇温することができるというメリットがある。
【０１４４】
また、二次空気供給管６９をその途中で分岐し、その分岐管を始動時触媒１２の上流の排気管１０に接続するとともに、分岐管と二次空気供給管６９との分岐部に切替弁を設けて、二次空気の導入先を合流管６０と排気管１０のいずれかに選択できるようにし、二次空気を排気管１０に導入することによって始動時触媒の暖機を行うことができるようにしてもよい。
【０１４５】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態を図１２から図１５の図面を参照して説明する。
【０１４６】
第２の実施の形態における機関本体７０１は直列４気筒エンジンである。機関本体７０１の各気筒の吸気ポートは対応する吸気枝管７０２を介してサージタンク７０３に接続され、サージタンク７０３は吸気管７０４を介してエアクリーナ７０５に接続されている。
【０１４７】
吸気管７０４の途中には、過給機７５０のコンプレッサ７５１が設けられており、エアクリーナ７０５から導入された吸気はコンプレッサ７５１によって昇圧されてサージタンク７０３に送られる。
【０１４８】
また、吸気管７０４にはサージタンク７０３の上流にスロットル弁７０６が設けられており、スロットル弁７０６よりも上流には、吸気管４内を流れる空気量に対応した電気信号を出力するエアフロメータ７０８が設けられている。また、各気筒には筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁７０７が取り付けられている。この燃料噴射弁７０７は後述するＥＣＵ７９０とともに、空燃比制御手段を構成する。
【０１４９】
また、機関本体７０１の各気筒の排気ポートは排気マニホルド７０９を介して排気管７１０に接続されており、各気筒から排出された排気ガスがこの排気管７１０において合流する。
【０１５０】
排気管７１０は始動時触媒７１２を収容したケーシング７１３に接続されている。始動時触媒７１２は、後述するＮＯｘ触媒７６１が活性化していない機関始動時に排気ガスを浄化するものであり、例えばアルミナ担体上に白金Ｐｔのような貴金属が坦持された三元触媒から構成されている。
【０１５１】
排気管７１０の途中には、過給機７５０のタービン７５２が設けられており、排気管７１０を流れる排気ガスはタービン７５２を駆動し、タービン７５２に連結されたコンプレッサ７５１を駆動して、前述したように吸気を昇圧する。
【０１５２】
排気管７１０においてタービン７５２よりも上流には、排気管７１０を流れる排気ガスの酸素濃度に対応した電気信号を出力する上流側Ｏ２センサ７１１が取り付けられている。
【０１５３】
始動時触媒７１２を収容したケーシング７１３は、排気管７６０を介して、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と略す）７６１を収容したケーシング７６２に接続され、ケーシング７６２は排気管７６３を介して図示しないマフラーに接続されている。
【０１５４】
ＮＯｘ触媒７６１は、第１の実施の形態における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒６１と同じ構成であり、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なる。
【０１５５】
ただし、この実施の形態におけるＮＯｘ触媒７６１のＮＯｘ浄化率温度特性は図１４に示すようになっていて、第１の実施の形態におけるＮＯｘ触媒６１のＮＯｘ浄化率温度特性とは異なっている。
【０１５６】
ＮＯｘ触媒７６１は、排気空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、流入排気ガス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。また、ＮＯｘ触媒７６１から放出されたＮＯｘは還元剤によってＮ２に還元される。ここで、排気空燃比とは、機関吸気通路およびＮＯｘ触媒７６１より上流の排気通路内に供給された全燃料量及び全還元剤量に対する全空気量の比をいう。
【０１５７】
なお、ＮＯｘ触媒７６１よりも上流の排気通路内に燃料（炭化水素）あるいは空気が供給されない場合には、排気空燃比は各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。
【０１５８】
排気管７６３には、排気管７６３を流れる排気ガスの温度に比例した電気信号を出力する排気温センサ７６７と、排気管７６３を流れる排気ガスの酸素濃度に対応した電気信号を出力する下流側Ｏ２センサ７６８が取り付けられている。この実施の形態においては、排気温センサ７６７により検出される排気ガス温度は、ＮＯｘ触媒７６１の触媒床温としても代用される。
【０１５９】
排気管７６０においてケーシング７６２の上流側近傍には、過給空気供給管７６９の一端が接続されており、この過給空気供給管７６９の他端は、吸気管７０４においてコンプレッサ７５１よりも下流であってエアフロメータ７０８よりも上流に位置する部位に接続されている。
【０１６０】
さらに、吸気管７０４と過給空気供給管７６９との接続部位には、アクチュエータ７７１によって駆動され過給空気供給管７６９へ流れる過給空気の流量を制御する流量制御弁７７０が設けられている。流量制御弁７７０を全閉にしたときには、コンプレッサ７５１によって昇圧された過給空気の全量がサージタンク７０３に導入されるようになっており、このときには過給空気供給管７６９に過給空気は流れない。また、流量制御弁７７０を開いたときには、過給空気の一部が弁開度に応じた流量で過給空気供給管７６９を介して排気管７６０に導入され、残りの過給空気がサージタンク７０３に導入されるようになっている。そして、過給空気供給管７６９を介して排気管７６０に導入された過給空気は、機関本体１から排出された排気ガスとともにＮＯｘ触媒７６１に導入される。尚、この実施の形態において、流量制御弁７７０と過給空気供給管７６９は過給空気供給手段を構成する。
【０１６１】
エンジンコントロール用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）７９０はディジタルコンピュータからなり、図１３に示すように、双方向性バス７９１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）７９２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）７９３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）７９４、常時電力が供給されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）７９５、入力ポート７９６及び出力ポート７９７を具備する。
【０１６２】
ＥＣＵ７９０の入力ポート７９６には、エアフロメータ７０８、上流側Ｏ２センサ７１１、排気温センサ７６７、下流側Ｏ２センサ７６８などの出力信号がそれぞれ対応するＡＤ変換器７９８を介して入力される。また、ＥＣＵ７９０の入力ポート７９６には、回転数センサ（図示せず）から機関回転数Ｎを表す出力パルスが入力される。
【０１６３】
ＥＣＵ７９０の出力ポート７９７は、対応する駆動回路７９９を介して、各気筒の燃料噴射弁７０７、各気筒の点火栓（図示せず）、流量制御弁７７０のアクチュエータ７７１、などに電気的に接続されている。
【０１６４】
ところで、この実施の形態のエンジンでは、エンジンの運転状態に応じて空燃比を変えて運転する空燃比制御が実行される。つまり、このエンジンでは、リーン条件成立時には各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンに制御（これをリーン制御という）され、リーン条件不成立時には各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチ空燃比に制御される（これをストイキ制御あるいはリッチ制御という）。例えば機関負荷が予め定められた設定負荷よりも高いときにはリッチ制御が実行され、暖機運転時、またはＮＯｘ触媒６１が活性状態にないときなどはストイキ制御が実行され、これらはいずれもリーン条件不成立と判断され、それ以外はリーン条件が成立していると判断されてリーン制御が実行される。
【０１６５】
リーン制御時に機関から排出される排気ガスの空燃比はリーンであることから、リーン制御時に排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ触媒７６１に吸収される。ところが、ＮＯｘ触媒７６１のＮＯｘ吸収能力には限界があるのでＮＯｘ触媒７６１のＮＯｘ吸収能力が飽和する前にＮＯｘ触媒７６１からＮＯｘを放出させる必要がある。そこで、この実施の形態では、ＮＯｘ触媒７６１のＮＯｘ吸収量が予め定められた設定量よりも多くなったときには各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチにしてＮＯｘ触媒７６１からＮＯｘを放出させるとともに還元するようにしている。このような空燃比制御をリーン・リッチスパイク制御と称している。
【０１６６】
また、ＮＯｘ触媒７６１は図１４に示すＮＯｘ浄化率温度特性を有しており、触媒床温によってＮＯｘ浄化率が異なる。ＮＯｘ触媒７６１の場合には、触媒床温がＴｙよりも若干高い温度までの温度範囲で高ＮＯｘ浄化率を示し、触媒床温がＴｘを越えるとＮＯｘ浄化率は約５０％以下にまで低下する。
【０１６７】
そこで、この第２の実施の形態においては、機関本体１における空燃比をリーン制御して運転しているときには、ＥＣＵ７９０は、触媒床温がＴｘ以上であると判定すると、ＮＯｘ触媒７６１の触媒床温を高ＮＯｘ浄化温度領域に保持するために、流量制御弁７７０を所定の開度で開かせるべくアクチュエータ７７１を作動させる。
【０１６８】
流量制御弁７７０が開かれると、過給機７５０のコンプレッサ７１３で昇圧された過給空気が過給空気供給管７６９を介して排気管７６０に導入され、機関本体１から排出された排気ガスとともにＮＯｘ触媒７６１に供給される。過給空気は排気ガス温度よりも低温であるので、過給空気を排気ガスとともにＮＯｘ触媒７６１に導入すると、ＮＯｘ触媒７６１を冷却することができ、その結果、触媒床温を高ＮＯｘ浄化温度領域に保持することができる。
【０１６９】
そして、ＥＣＵ７９０は、触媒床温がＴｙ以下になった判定すると、流量制御弁７７０を閉弁させるべくアクチュエータ７７１を作動させ、ＮＯｘ触媒７６１への過給空気の導入を停止して、ＮＯｘ触媒７６１を冷やしすぎないようにし、これによりＮＯｘ触媒７６１の触媒床温を高ＮＯｘ浄化温度領域に保持する。
尚、この実施の形態では、排気温センサ７６７で検出される排気ガス温度をＮＯｘ触媒７６１の触媒床温として代用する。
【０１７０】
尚、排気管７６０に導入する過給空気量は、ＮＯｘ触媒７６１の触媒床温がＴｘよりも大きくなるにしたがって増大するように制御するのが好ましい。例えば、排気温センサ７６７の出力値に基づいて、あるいは、排気温センサ７６７の出力値からＮＯｘ触媒７６１の触媒床温を推定しその推定値に基づいて、流量制御弁７７０の開度をフィードバック制御してもよい。
【０１７１】
ところで、第１の実施の形態において説明したように、ＮＯｘ触媒７６１に排気ガスを流していると経時的にＮＯｘ触媒７６１がＳ被毒しＮＯｘ浄化能力の低下を招くため、長期に亘ってＮＯｘ浄化能力を高く保持するためには、所定の時期にＳ被毒回復処理を行う必要がある。
【０１７２】
また、ＮＯｘ触媒７６１に吸収されたＳＯｘはＮＯｘ触媒７６１内において硫酸塩を生成するが、一旦ＮＯｘ触媒７６１内に生成された硫酸塩を効率的に分解するには、ＮＯｘ触媒７６１をＳＯｘ放出温度以上に保持するとともに、ＮＯｘ触媒７６１に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比あるいは弱リッチにする必要がある。
【０１７３】
そこで、この第２の実施の形態においては、ＥＣＵ７９０は、機関本体１が高負荷運転状態にあり、且つ、ＮＯｘ触媒７６１に吸収されているＳＯｘ量が所定量に達しており、且つ、排気ガス温度が所定温度（Ｔａ）以上であると判定したときに、ＮＯｘ触媒７６１に対してＳＯｘ被毒回復処理を行うようにした。
【０１７４】
そして、この第２の実施の形態では、Ｓ被毒回復処理時に、ＮＯｘ触媒７６１からＳＯｘを放出させるべくＮＯｘ触媒７６１を昇温するために、ＥＣＵ７９０は、Ｓ被毒回復処理時に流量制御弁７７０を所定の開度で開くべくアクチュエータ７７１を作動させる。流量制御弁７７０が開かれると、過給機７５０のコンプレッサ７１３で昇圧された過給空気が過給空気供給管７６９を介して排気管７６０に導入される。
【０１７５】
また、Ｓ被毒回復処理時には前述したように機関本体１は高負荷運転状態であり、機関本体１の空燃比はリッチ制御されている。したがって、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比はリッチであり、このリッチ空燃比の排気ガスが排気管７１０，７６０を介してＮＯｘ触媒７６１に流入する。ここで、リッチ空燃比の排気ガスは排気管７１０を流れる際に始動時触媒７１２を通過するが、ここでは排気ガス中の酸素濃度が極めて低いので、排気ガス中の未燃ＨＣの殆どは始動時触媒７１２において酸化されることなく素通りして、ＮＯｘ触媒７６１に導入されることになる。
【０１７６】
そして、始動時触媒７１２を通過したリッチ空燃比の排気ガスと過給空気供給管７６９から導入された過給空気は、排気管７６０において合流しＮＯｘ触媒７６１に流入する。その結果、排気ガス中の未燃ＨＣと過給空気の多量の酸素がＮＯｘ触媒７６１において酸化反応を起こし、この時に生じる反応熱によってＮＯｘ触媒６１の触媒床温が上昇する。
【０１７７】
そして、ＮＯｘ触媒７６１において硫酸塩の分解・放出が効率的に行われるように、ＮＯｘ触媒７６１に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比または弱リッチにするべく、ＮＯｘ触媒７６１への過給空気の導入量を制御する。そのために、この実施の形態では、上流側Ｏ２センサ７１１と下流側Ｏ２センサ７６８の出力値に基づいて流入排気空燃比のフィードバック制御を実行すべく、流量制御弁７７０の弁開度のフィードバック制御を実行する。
【０１７８】
ところで、ＮＯｘ触媒７６１の触媒床温と硫酸塩分解量との間には、図１５に示すような関係があり、触媒床温がＴａを越えると硫酸塩分解量が急激に増大し、温度の増大に伴って硫酸塩分解量は増大し続ける。しかしながら、ＮＯｘ触媒７６１を余り高い温度雰囲気下に長時間晒すと、ＮＯｘ触媒７６１の熱劣化が急速に進行し、やはりＮＯｘ触媒７６１の浄化能力を低減させるため、好ましくない。
【０１７９】
そこで、この実施の形態では、Ｓ被毒回復処理実行中、ＥＣＵ７９０は、排気温センサ７６７で検出された排気ガス温度がＴａ以上であってＴｂ以下のときには流量制御弁７７０を開いて過給空気を導入しＮＯｘ触媒７６１の昇温処理を実行するが、排気ガス温度がＴｂをこえているときには流量制御弁７７０を全閉にして過給空気の導入を停止し、ＮＯｘ触媒７６１がそれ以上温度上昇するのを抑制して、硫酸塩の分解を促進させるようにした。
【０１８０】
さらに、ＥＣＵ７９０は、排気ガス温度がＴｃを越えていると判定した場合には、前述したＳ被毒回復処理時における過給空気の導入制御を禁止し、流量制御弁７７０を全閉状態に保持することにより、ＮＯｘ触媒７６１の過熱を防止するようにした。
【０１８１】
以上のようにＳ被毒回復処理を実行することにより、ＮＯｘ触媒７６１に生成された硫酸塩の殆どを分解してＳ０２に還元し放出することができ、ＮＯｘ触媒７６１のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘの浄化能力をＳ被毒前とほぼ同等の状態に回復することができる。
【０１８２】
また、Ｓ被毒回復処理完了直後は、ＮＯｘ触媒７６１の触媒床温が極めて高いため、ＮＯｘ浄化率が低い。そこで、この第２の実施の形態においては、Ｓ被毒回復処理完了後、ＮＯｘ触媒７６１をＮＯｘ浄化率の高い温度まで素早く冷却するために、ＮＯｘ触媒７６１に対して冷却処理を実行する。
【０１８３】
ＮＯｘ触媒冷却処理は次のようにして実行される。ＥＣＵ７９０は、Ｓ被毒回復処理完了時から所定の期間だけ、流量制御弁７７０を所定開度で開くべくアクチュエータ７７１を作動させ、コンプレッサ７５１で昇圧された過給空気の一部を過給空気供給管７６９を介して排気管７６０に導入し、この過給空気を排気ガスとともにＮＯｘ触媒７６１に導入して、ＮＯｘ触媒７６１を冷却する。
【０１８４】
ＥＣＵ７９０は、ＮＯｘ触媒７６１の触媒床温が所定温度まで低下したと判定したときに、あるいは、過給空気導入によるＮＯｘ触媒冷却処理を実行してから所定時間経過したと判定したときに、流量制御弁７７０を全閉にするべくアクチュエータ７７１を作動させ、ＮＯｘ触媒冷却処理を終了する。
【０１８５】
このようにして過給空気導入によるＮＯｘ触媒冷却処理を実行すると、Ｓ被毒回復完了後のＮＯｘ触媒７６１の触媒床温をＮＯｘ浄化率の高い温度域まで迅速に下げることができ、Ｓ被毒回復完了後の早い時期から排気ガスを高浄化することができる。
【０１８６】
尚、この第２の実施の形態の排気浄化装置においては、下流側Ｏ２センサ７６８を、ＮＯｘ触媒７６１の下流の排気管７６３に設ける代わりに、ＮＯｘ触媒７６１の上流であって過給空気供給管７６９の連結部よりも下流に位置する排気管７６０に設けてもよい。
【０１８７】
〔他の実施の形態〕
前述した第１および第２の実施の形態では、ＮＯｘ触媒６１，７６１の触媒床温として排気ガス温度を代用し、その排気ガス温度を検出する排気温センサ６７，７６７をＮＯｘ触媒６１，７６１の下流に配置したが、排気温センサ７６７はＮＯｘ触媒６１，７６１の上流に配置しても構わない。あるいは、ケーシング６２，７６２に触媒温センサを設け、この触媒温センサで直接にＮＯｘ触媒６１，７６１の触媒床温を検出するようにしても構わない。
【０１８８】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に設けられた三元機能を有する始動時触媒と、（ハ）前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘを放出せしめるＳ被毒回復処理時に前記内燃機関の空燃比を理論空燃比あるいはそれよりもリッチな空燃比にする空燃比制御手段と、（ニ）前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入する二次空気供給手段と、を備え、前記Ｓ被毒回復処理時に前記二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入し、この二次空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に導入するようにしたことにより、Ｓ被毒回復処理実行の間、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒床温をＳＯｘ放出温度以上に保持することができ、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をＳ被毒から効率的に回復させることができるという優れた効果が奏される。
【０１８９】
この内燃機関の排気浄化装置において、前記Ｓ被毒回復処理完了後、所定期間の間、前記二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入するようにした場合には、Ｓ被毒回復完了後の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒床温をＮＯｘ浄化率の高い温度域まで迅速に下げることができ、排気浄化装置の浄化能力を高めることができるという優れた効果が奏される。
【０１９０】
この内燃機関の排気浄化装置において、前記Ｓ被毒回復処理完了後、第１の所定期間の間は、内燃機関を理論空燃比で運転するとともに前記二次空気供給手段による二次空気の供給を停止し、前記第１の所定期間終了後の第２の所定期間の間は、二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入し、この二次空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に導入するようにした場合には、Ｓ被毒回復完了後の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒床温をＮＯｘ浄化率の高い温度域まで迅速に下げることができるとともに、この冷却処理中もＮＯｘ浄化率を高く保持することができ、排気浄化装置の浄化能力を高めることができるという優れた効果が奏される。
【０１９１】
また、本発明に係る別の内燃機関の排気浄化装置によれば、（イ）過給機を備えた希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に設けられた三元機能を有する始動時触媒と、（ハ）前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘを放出せしめるＳ被毒回復処理時に前記内燃機関の空燃比を理論空燃比あるいはそれよりもリッチな空燃比にする空燃比制御手段と、（ニ）前記過給機により加圧された過給空気の一部を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記始動時触媒との間に導入する過給空気供給手段と、を備え、前記Ｓ被毒回復処理時に前記過給空気供給手段によって過給空気の一部を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記始動時触媒との間に導入し、この過給空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に導入するようにしたことにより、Ｓ被毒回復処理実行の間、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒床温をＳＯｘ放出温度以上に保持することができ、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をＳ被毒から効率的に回復させることができるという優れた効果が奏される。
【０１９２】
この内燃機関の排気浄化装置において、前記Ｓ被毒回復処理完了後、所定期間の間、前記過給空気供給手段によって過給空気の一部を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記始動時触媒との間に導入するようにした場合には、Ｓ被毒回復完了後の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒床温をＮＯｘ浄化率の高い温度域まで迅速に下げることができ、排気浄化装置の浄化能力を高めることができるという優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態の概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態の排気浄化装置の要部の斜視図である。
【図３】第１の実施の形態の排気浄化装置の排気冷却促進部の縦断面図である。
【図４】第１の実施の形態におけるＥＣＵの構成図である。
【図５】第１の実施の形態における基本制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】第１の実施の形態におけるＨＣ吸着・パージ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】第１の実施の形態におけるＮＯｘ触媒温度制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】第１の実施の形態におけるＳ被毒回復制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】第１の実施の形態における二次空気制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】第１の実施の形態の排気浄化装置に使用される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率温度特性を示す図である。
【図１１】排気ガスを第１通路あるいは第２通路の一方にだけ流したときの触媒床温と車速との関係を示す図である。
【図１２】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態の概略構成図である。
【図１３】第２の実施の形態におけるＥＣＵの構成図である。
【図１４】第２の実施の形態の排気浄化装置に使用される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率温度特性を示す図である。
【図１５】第２の実施の形態における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫酸塩分解量の温度特性を示す図である。
【符号の説明】
１，７０１ 機関本体
４，７０４ 吸気管
７，７０７ 燃料噴射弁（空燃比制御手段）
８，７０８ エアフロメータ
９，７０９ 排気マニホルド（排気通路）
１０，１４，６３，６６ 排気管（排気通路）
１１，７１１ 上流側Ｏ２センサ
１２，７１２ 始動時触媒
２０ 第１通路（排気通路）
２１ 円管部
２２ 断面変形部
２３ 排気冷却促進部
２４ 断面変形部
２５ 円管部
２６ ＨＣ吸着材
２８ 円管部
４０ 第２通路（排気通路）
５２ 第１排気切替弁
５４ 第２排気切替弁
６０ 合流管（排気管、合流通路）
６１，７６１ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
６４ 三元触媒
６７，７６７ 排気温センサ
６８，７６８ 下流側Ｏ２センサ
６９ 二次空気供給管（二次空気供給手段）
７０ 二次空気供給装置（二次空気供給手段）
９０，７９０ ＥＣＵ（空燃比制御手段）
７１０，７６０，７６３ 排気管（排気通路）
７５０ 過給機
７５１ コンプレッサ
７５２ タービン
７６９ 過給空気供給管（過給空気供給手段）
７７０ 流量制御弁（過給空気供給手段）
７７１ アクチュエータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
希薄燃焼可能な内燃機関より排出される排気ガスからＮＯｘを浄化する排気浄化装置として、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒がある。この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーン（即ち、酸素過剰雰囲気下）のときにＮＯｘを吸収し、流入排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯｘを放出しＮ２に還元する触媒である。
【０００３】
この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に触媒あるいはＮＯｘ触媒ということもある）を希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置すると、リーン空燃比の排気ガスが流れたときには排気ガス中のＮＯｘが触媒に吸収され、理論空燃比あるいはそれよりもリッチな空燃比の排気ガスが流れたときに触媒に吸収されていたＮＯｘがＮＯ２として放出され、さらに排気ガス中のＨＣやＣＯなどの還元成分によってＮ２に還元され、即ちＮＯｘが浄化される。
【０００４】
ところで、一般に、内燃機関の燃料には硫黄分が含まれており、燃料を燃焼すると、燃料中の硫黄分が燃焼してＳＯ２やＳＯ３などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が発生する。前記ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘの吸収作用を行うのと同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸収を行うので、内燃機関の排気通路にＮＯｘ触媒を配置すると、この触媒にはＮＯｘのみならずＳＯｘも吸収される。
【０００５】
ところが、前記ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成するため、ＮＯｘ触媒からＮＯｘの放出・還元を行うのと同じ条件下では、分解、放出されにくく、ＮＯｘ触媒内に蓄積され易い傾向がある。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒内のＳＯｘ蓄積量が増大すると、触媒が他の有害成分（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ）を浄化する能力を低下させる。これが所謂ＳＯｘ被毒である。したがって、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化能力を長期に亘って高く維持するためには、触媒に吸収されているＳＯｘを分解し該触媒から放出させて、Ｓ被毒から回復させる必要がある。
【０００６】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳ被毒回復処理に関しては、特許番号第２７４５９８５号の特許公報等に開示されており、ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘを放出させるには、流入排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにし、且つ、触媒床温をＮＯｘの放出・還元時よりも高い所定の高温にするのが効果的であると考えられている。
【０００７】
そこで、ＮＯｘ触媒に所定量のＳＯｘが吸収された時をＳ被毒回復処理の実行時期と判断して、その時に、触媒床温をＳＯｘ放出可能な温度に温度制御するとともに、流入排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチに保持されるように流入排気ガスの空燃比制御を行って、Ｓ被毒回復処理を実行している。このＳ被毒回復処理により、ＮＯｘ触媒に吸収されていた硫酸塩は分解してＳＯ３になり、さらにこのＳＯ３が排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯによって還元せしめられ、ＳＯ２となって放出される。
【０００８】
Ｓ被毒回復処理時にＮＯｘ触媒の触媒床温をＳＯｘ放出可能な温度まで昇温する手段の一つとして、特開平８−６１０５２号公報等に開示されている気筒群別空燃比制御がある。
【０００９】
気筒群別空燃比制御とは、多気筒エンジンにおいて一部の気筒をリッチ空燃比で運転させると同時に残る気筒をリーン空燃比で運転させる空燃比制御方法であり、リッチ空燃比で運転した気筒（以下、リッチ気筒という）から排出される十分な量の未燃燃料成分を含む排気ガスとリーン空燃比で運転した気筒（以下、リーン気筒という）から排出される十分な量の酸素を含む排気ガスとの混合ガスをＮＯｘ触媒に供給し、その混合ガス中に含まれる未燃燃料成分と酸素とをＮＯｘ触媒において酸化反応させることによって、ＮＯｘ触媒を昇温させるものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、希薄燃焼可能な内燃機関においても機関始動時には安定した燃焼を得るため理論空燃比で運転する場合が多く、そのときにはストイキの排気ガスが排出されるが、ＮＯｘ触媒ではこのストイキの排気ガスのＮＯｘを浄化する能力が低い。そこで、ＮＯｘ触媒の上流に三元触媒を始動時触媒として設け、この始動時触媒で始動時に排出されるストイキの排気ガスを浄化できるようにした排気浄化システムがある。
【００１１】
ところが、機関始動時に全気筒から排出される排気ガスをただ一つの始動時触媒で賄うようにシステムを組んだ場合に、換言すると、全気筒から排出される排気ガスが合流する合流点よりも下流に始動時触媒を設けた場合に、前述した気筒群別空燃比制御による触媒の昇温処理を実行すると、リッチ気筒から排出される排気ガス中の未燃燃料成分とリーン気筒から排出される排気ガス中に含まれる多量の酸素が、ＮＯｘ触媒に到達する前に始動時触媒において反応してしまい、ＮＯｘ触媒を効率的に昇温することができないという問題が生じる。
【００１２】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、多気筒の内燃機関の排気系に単一の始動時触媒を設けた排気浄化システムにおいても、容易に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒床温をＳＯｘ放出温度まで昇温することができるようにすることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。本出願の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出・還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流の前記排気通路に設けられた三元機能を有する始動時触媒と、（ハ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを放出せしめるＳ被毒回復処理時に前記内燃機関の空燃比を理論空燃比あるいはそれよりもリッチな空燃比にする空燃比制御手段と、（ニ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入する二次空気供給手段と、を備え、前記Ｓ被毒回復処理時と処理完了後の所定期間の間とに前記二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入し、この二次空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、吸蔵還元型ＮＯx触媒に対するＳ被毒回復処理時には、内燃機関の空燃比が空燃比制御手段によって理論空燃比あるいはリッチ空燃比に制御されるので、排気ガスの空燃比も理論空燃比あるいはリッチ空燃比となり、排気ガス中には多くの未燃ＨＣが存在することになる。この排気ガス中の未燃ＨＣは始
動時触媒を素通りして吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入される。
【００１５】
また、このＳ被毒回復処理時には、二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記始動時触媒との間に二次空気が導入され、この二次空気は排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に導入される。
【００１６】
その結果、排気ガス中の未燃ＨＣと二次空気の多量の酸素が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において酸化反応を起こし、この時に生じる反応熱によって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が昇温する。その結果、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は迅速にＳＯｘ放出温度まで昇温する。
【００１７】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記Ｓ被毒回復処理完了後、所定期間の間、前記二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入することにより、この二次空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入する。Ｓ被毒回復処理完了直後は吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒床温が高温になっており、ＮＯx浄化率の低い状態にある。したがって、このときにリーン空燃比の排気ガスを吸蔵還元型ＮＯx触媒に流してもＮＯxを効率的に浄化することができない虞れがある。そこで、Ｓ被毒回復処理完了後、所定期間の間だけ、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気ガスの温度が低下せしめられ、その結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒床温をＮＯx浄化率の高い温度まで低下させることができ、Ｓ被毒回復処理完了後の早い時期から高いＮＯx浄化率を得ることができる。
【００１８】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用してもよい。すなわち、本出願の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯ x を吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯ x を放出・還元する吸蔵還元型ＮＯ x 触媒と、（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯ x 触媒よりも上流の前記排気通路に設けられた三元機能を有する始動時触媒と、（ハ）前記吸蔵還元型ＮＯ x 触媒に吸収されたＳＯ x を放出せしめるＳ被毒回復処理時に前記内燃機関の空燃比を理論空燃比あるいはそれよりもリッチな空燃比にする空燃比制御手段と、（ニ）前記吸蔵還元型ＮＯ x 触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入する二次空気供給手段と、を備え、前記Ｓ被毒回復処理時に前記二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯ x 触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入することにより、この二次空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯ x 触媒に導入し、前記Ｓ被毒回復処理完了後、第１の所定期間の間は、内燃機関を理論空燃比で運転するとともに前記二次空気供給手段による二次空気の供給を停止し、前記第１の所定期間終了後の第２の所定期間の間は、二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯ x 触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入することにより、この二次空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯ x 触媒に導入するようにしてもよい。前述したように、Ｓ被毒回復処理完了直後は吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒床温が高温になっており、ＮＯx浄化率の低い状態にあるため、このときにリーン空燃比の排気ガスを吸蔵還元型ＮＯx触媒に流してもＮＯxを効率的に浄化することができない虞れがある。そこで、Ｓ被毒回復処理完了後の第１の所定期間の間は、内燃機関を理論空燃比で運転するとともに前記二次空気供給手段による二次空気の供給を停止して、吸蔵還元型ＮＯx触媒に理論空燃比の排気ガスを流すことにより吸蔵還元型ＮＯx触媒の三元触媒作用でＮＯxを浄化しつつ触媒床温を低下させ、第１の所定期間終了後の第２の所定期間の間は、二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入して、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気ガスの温度が低下せしめ、吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒床温をリーン状態でのＮＯx浄化率の高い温度まで低下させる。これにより、Ｓ被毒回復処理完了後の早い時期から高いＮＯx浄化率を得ることができる。
【００１９】
尚、前述したＳ被毒回復処理完了後の「所定期間の間」、「第１の所定期間」、「第２の所定期間」はそれぞれ、「予め設定した所定時間」としてもよいし、あるいは、「吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒床温が予め設定した所定温度まで低下するまでの間」とすることもできる。
【００２０】
また、本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用してもよい。すなわち、本出願の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、（イ）過給機を備えた希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出・還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流の前記排気通路に設けられた三元機能を有する始動時触媒と、（ハ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを放出せしめるＳ被毒回復処理時に前記内燃機関の空燃比を理論空燃比あるいはそれよりもリッチな空燃比にする空燃比制御手段と、（ニ）前記過給機により加圧された過給空気の一部を前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に導入する過給空気供給手段と、を備え、前記Ｓ被毒回復処理時と処理完了後の所定期間の間とに前記過給空気供給手段によって過給空気の一部を前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に導入し、この過給空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入することを特徴としてもよい。
【００２１】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、吸蔵還元型ＮＯx触媒に対するＳ被毒回復処理時には、内燃機関の空燃比が空燃比制御手段によって理論空燃比あるいはリッチ空燃比に制御されるので、排気ガスの空燃比も理論空燃比あるいはリッチ空燃比となり、排気ガス中には多くの未燃ＨＣが存在することになる。この排気ガス中の未燃ＨＣは始動時触媒を素通りして吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入される。
【００２２】
また、このＳ被毒回復処理時には、過給空気の一部が過給空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記始動時触媒との間に導入され、この過給空気は排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に導入される。
【００２３】
その結果、排気ガス中の未燃ＨＣと過給空気の多量の酸素が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において酸化反応を起こし、この時に生じる反応熱によって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が昇温する。その結果、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は迅速にＳＯｘ放出温度まで昇温する。
【００２４】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記Ｓ被毒回復処理完了後、所定期間の間、前記過給空気供給手段によって過給空気の一部を前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に導入し、この過給空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入する。Ｓ被毒回復処理完了直後は吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒床温が高温になっており、ＮＯx浄化率の低い状態にある。したがって、このときにリーン空燃比の排気ガスを吸蔵還元型ＮＯx触媒に流してもＮＯxを効率的に浄化することができない虞れがある。そこで、Ｓ被毒回復処理完了後、所定期間の間だけ、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に過給空気を導入すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気ガスの温度が低下せしめられ、その結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒床温をＮＯx浄化率の高い温度まで低下させることができ、Ｓ被毒回復処理完了後の早い時期から高いＮＯx浄化率を得ることができる。
【００２５】
尚、Ｓ被毒回復処理完了後に過給空気を導入させるべき「所定の期間の間」とは、「予め設定した所定時間」としてもよいし、あるいは、「吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒床温が予め設定した所定温度まで低下するまでの間」とすることもできる。
【００２６】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、過給機は、主に機関自体の動力により駆動される所謂機械式過給機であってもよいし、あるいは、排気ガスエネルギを動力として駆動される所謂排気タービン過給機であってもよい。
【００２７】
前記発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関としてはガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示することができる。前記発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、始動時触媒としては三元触媒を例示することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を図１から図１５の図面を参照して説明する。尚、以下に説明する各実施の形態は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を、希薄燃焼可能な筒内噴射型の車両用リーンバーンガソリンエンジンに適用した例である。
【００２９】
〔第１の実施の形態〕
初めに、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態を図１から図１１の図面を参照して説明する。
まず、第１の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の構成を図１から図４の図面を参照して説明する。
【００３０】
第１の実施の形態における機関本体１は直列４気筒エンジンである。機関本体１の各気筒の吸気ポート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は吸気管４を介してエアクリーナ５に接続されている。吸気管４内にはスロットル弁６が設けられており、スロットル弁６よりも上流には、吸気管４内を流れる空気量に対応した電気信号を出力するエアフロメータ８が設けられている。また、各気筒には筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁７が取り付けられている。この燃料噴射弁７は後述するＥＣＵ９０とともに、排気空燃比制御手段を構成する。
【００３１】
また、機関本体１の各気筒の排気ポートは排気マニホルド９を介して排気管１０に接続されており、各気筒から排出された排気ガスがこの排気管１０において合流する。排気管１０には、排気管１０を流れる排気ガスの酸素濃度に対応した電気信号を出力する上流側Ｏ２センサ１１が取り付けられている。
【００３２】
排気管１０は始動時触媒１２を収容したケーシング１３に接続されている。始動時触媒１２は、後述するＮＯｘ触媒６１が活性化していない機関始動時に排気ガスを浄化するものであり、例えばアルミナ担体上に白金Ｐｔのような貴金属が坦持された三元触媒から構成されている。
【００３３】
ケーシング１３は排気管１４を介して第１通路２０と第２通路４０に接続されている。第１通路２０と第２通路４０はほぼ同じ長さであり、互いに並行に配置されている。
【００３４】
第１通路２０は、排気管１４に連結される部分が円筒状をなす円管部２１になっていて、円管部２１が断面変形部２２を介して図３に示すように断面略円弧状をなす排気冷却促進部２３に連結され、排気冷却促進部２３が断面変形部２４を介して円筒状をなす円管部２５に連結され、円管部２５がＨＣ吸着材２６を収容したケーシング２７に連結され、ケーシング２７が円筒状をなす円管部２８に連結されて、構成されている。
【００３５】
排気冷却促進部２３は、第１通路２０を流れる排気ガスの温度降下を促進させるために断面を略円弧状にして放熱量の増大を図った部分であり、所望の放熱効果が得られるように、排気冷却促進部２３の断面形状や寸法、及び排気冷却促進部２３の軸線方向長さ（すなわち、排気ガスの流れ方向に沿う長さ）が設定されている。
【００３６】
また、排気冷却促進部２３には、その途中に、排気冷却促進部２３を流れる排気ガスの流速分布を円弧方向に平均化するための邪魔板２９が円弧端部の一方に取り付けられている。排気ガスの流速分布を平均化することにより効率的な放熱が行われる。
【００３７】
断面変形部２２は、断面円形の円管部２１から徐々に断面変形させて断面円弧状の排気冷却促進部２３にスムーズに連結する部分であり、断面変形部２４は、断面円弧状の排気冷却促進部２３から徐々に断面変形させて断面円形の円管部２５にスムーズに連結する部分である。
【００３８】
ＨＣ吸着材２６は、エンジンを冷間始動させたときなどに始動時触媒１２で浄化できない未燃ＨＣを吸着するためのものである。
【００３９】
第１通路２０の円管部２１には、第１アクチュエータ５１によって開閉駆動される第１排気切替弁５２が設けられている。
一方、第２通路４０はその全長に亙って円筒状をなしており、第２通路４０には、第２アクチュエータ５３によって開閉駆動される第２排気切替弁５４が設けられている。
【００４０】
この実施の形態において、第１排気切替弁５２と第２排気切替弁５４は、第１通路２０を流れる排気ガス量と第２通路４０を流れる排気ガス量を制御する流量制御手段を構成する。
【００４１】
このように第１通路２０と第２通路４０が構成されているので、同一温度の排気ガスを同一流量で第１通路２０あるいは第２通路４０に流した場合を比較すると、第１通路２０に流したときの方が第２通路４０に流したときよりも、排気ガスの温度降下が大きい。
【００４２】
第１通路２０の円管部２８と第２通路４０は共に合流管（合流通路）６０に接続されている。合流管６０はリーンＮＯｘ触媒の一種である吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と略す）６１を収容したケーシング６２に接続され、ケーシング６２は排気管６３を介して、三元触媒６４を収容したケーシング６５に接続され、ケーシング６５は排気管６６を介して図示しないマフラーに接続されている。
【００４３】
ＮＯｘ触媒６１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なる。
【００４４】
ＮＯｘ触媒６１は、排気空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、流入排気ガス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。また、ＮＯｘ触媒６１から放出されたＮＯｘは還元剤によってＮ２に還元される。ここで、排気空燃比とは、機関吸気通路およびＮＯｘ触媒６１より上流の排気通路内に供給された全燃料量及び全還元剤量に対する全空気量の比をいう。
【００４５】
なお、ＮＯｘ触媒６１よりも上流の排気通路内に燃料（炭化水素）あるいは空気が供給されない場合には、排気空燃比は各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。
【００４６】
排気管６３には、排気管６３を流れる排気ガスの温度に比例した電気信号を出力する排気温センサ（温度検出手段）６７と、排気管６３を流れる排気ガスの酸素濃度に対応した電気信号を出力する下流側Ｏ２センサ６８が取り付けられている。
【００４７】
この実施の形態においては、排気温センサ６７により検出される排気ガス温度は、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温あるいは三元触媒６４の触媒床温としても代用される。
【００４８】
合流管６０には、二次空気供給管６９が接続されており、二次空気供給装置７０を作動させることにより二次空気を合流管６０に供給することができるようになっている。尚、この実施の形態において、二次空気供給管６９と二次空気供給装置７０は二次空気供給手段を構成する。
【００４９】
エンジンコントロール用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）９０はディジタルコンピュータからなり、図４に示すように、双方向性バス９１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）９２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）９３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）９４、常時電力が供給されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）９５、入力ポート９６及び出力ポート９７を具備する。
【００５０】
ＥＣＵ９０の入力ポート９６には、エアフロメータ８、上流側Ｏ２センサ１１、排気温センサ６７、下流側Ｏ２センサ６８などの出力信号がそれぞれ対応するＡＤ変換器９８を介して入力される。また、ＥＣＵ９０の入力ポート９６には、回転数センサ（図示せず）から機関回転数Ｎを表す出力パルスが入力される。
【００５１】
ＥＣＵ９０の出力ポート９７は、対応する駆動回路９９を介して、各気筒の燃料噴射弁７、各気筒の点火栓（図示せず）、第１アクチュエータ５１、第２アクチュエータ５３、二次空気供給装置７０などに電気的に接続されている。
【００５２】
ところで、この実施の形態のエンジンでは、エンジンの運転状態に応じて空燃比を変えて運転する空燃比制御が実行される。つまり、このエンジンでは、リーン条件成立時には各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンに制御（これをリーン制御という）され、リーン条件不成立時には各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比が理論空燃比に制御（これをストイキ制御という）される。例えば機関負荷が予め定められた設定負荷よりも高いとき、暖機運転時、またはＮＯｘ触媒６１が活性状態にないときにリーン条件が不成立であると判断されてストイキ制御が実行され、それ以外はリーン条件が成立していると判断されてリーン制御が実行される。
【００５３】
リーン制御時に機関から排出される排気ガスの空燃比はリーンであることから、リーン制御時に排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ触媒６１に吸収される。ところが、ＮＯｘ触媒６１のＮＯｘ吸収能力には限界があるのでＮＯｘ触媒６１のＮＯｘ吸収能力が飽和する前にＮＯｘ触媒６１からＮＯｘを放出させる必要がある。そこで、この実施の形態では、ＮＯｘ触媒６１のＮＯｘ吸収量が予め定められた設定量よりも多くなったときには各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチにしてＮＯｘ触媒６１からＮＯｘを放出させるとともに還元するようにしている。このような空燃比制御をリーン・リッチスパイク制御と称している。
【００５４】
また、ＮＯｘ触媒６１のＮＯｘ浄化率は、図１０に示すように触媒床温によって異なり、触媒床温が低すぎてもあるいは高すぎてもＮＯｘ浄化率が低く、所定の温度域において極めて高いＮＯｘ浄化率を示す。
【００５５】
そこで、この実施の形態においては、排気ガスの温度降下が大きい第１通路２０と、排気ガスの温度降下が小さい第２通路４０を状況に応じて使い分けることにより、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温をＮＯｘ浄化率の高い温度領域（以下、高ＮＯｘ浄化温度領域という）に保持するようにしている。このようにＮＯｘ触媒６１の触媒床温を制御することにより、ＮＯｘ触媒６１を高温に晒されにくくすることができ、その結果、ＮＯｘ触媒６１の熱劣化の進行を抑制することができる。尚、排気ガスの流路切り替えは第１排気切替弁５２と第２排気切替弁５４で行う。このＮＯｘ触媒６１の温度制御については、後で詳述する。
【００５６】
一方、燃料には硫黄（Ｓ）が含まれており、燃料中の硫黄が燃焼するとＳＯ２やＳＯ３などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が発生し、ＮＯｘ触媒６１は排気ガス中のこれらＳＯｘも吸収する。このＳＯｘはＮＯｘ触媒６１において硫酸塩を生成するが、硫酸塩は安定していて分解しにくく、リッチ空燃比の排気ガスを流しただけでは分解できず、ＮＯｘ触媒６１内に残ってしまう。そして、硫酸塩の生成量の増大に伴ってＮＯｘ触媒６１のＮＯｘ吸収能力が低下する。これがいわゆるＳ被毒である。
【００５７】
ところが、ＮＯｘ触媒６１内で生成された硫酸塩は、ＮＯｘ触媒６１の温度が所定の温度（以下、この温度をＳＯｘ放出温度という）よりも高いときに流入排気空燃比を理論空燃比より僅かにリッチ（以下、弱リッチという）にすると分解してＳＯ３の形でＮＯｘ触媒６１から放出される。そこで、この実施の形態では、ＮＯｘ触媒６１のＳＯｘ吸収量が予め定められた規定量よりも多くなったときには、流入排気空燃比を弱リッチ（例えば１３．５から１４．３程度）にするとともにＮＯｘ触媒６１を昇温し、これによってＮＯｘ触媒６１からＳＯｘを放出させるようにしている。この処理を、ＮＯｘ触媒６１のＳ被毒回復処理と称す。Ｓ被毒回復処理によりＮＯｘ触媒６１から放出されたＳＯ３は流入する排気ガス中のＨＣ、ＣＯによってただちにＳＯ２に還元せしめられる。
【００５８】
そして、この実施の形態では、Ｓ被毒回復処理時に、ＮＯｘ触媒６１からＳＯｘを放出させるべくＮＯｘ触媒６１を昇温するために、合流管６０に二次空気を供給している。Ｓ被毒回復処理時にはエンジンを弱リッチの空燃比で運転するので、排気ガスには未燃ＨＣが多く含まれており、合流管６１に二次空気を供給すると、排気ガス中の未燃ＨＣと二次空気の多量の酸素がＮＯｘ触媒６１において酸化反応を起こす。この時に生じる反応熱によってＮＯｘ触媒６１の温度が上昇する。また、Ｓ被毒回復処理時には、排気ガスを第２通路４０に流して排気ガスの温度降下を抑制し、ＮＯｘ触媒６１の加熱を促進する。
【００５９】
また、Ｓ被毒回復処理完了直後は、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が極めて高いため、ＮＯｘ浄化率が低い。そこで、この実施の形態においては、Ｓ被毒回復処理完了後は、ＮＯｘ触媒６１をＮＯｘ浄化率の高い温度まで素早く冷却するために、排気ガスの流路を排気ガスの温度降下が大きい第１通路２０に切り替えるとともに、合流管６０に二次空気を供給する。この処理をＮＯｘ触媒冷却処理と称す。
Ｓ被毒回復処理およびＮＯｘ触媒冷却処理については後で詳述する。
【００６０】
尚、空燃比を理論空燃比に制御するとき、および、弱リッチ空燃比に制御するときには、ＥＣＵ９０は、上流側Ｏ２センサ１１の出力値に基づいて燃料噴射量のメインフィードバック制御を行い、さらに制御性を高めるために下流側Ｏ２センサ６８の出力値に基づいて燃料噴射量のサブフィードバック制御を行う。
【００６１】
次に、本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の作用を図５から図９のフローチャートを参照して詳細に説明する。
図５のフローチャートは、本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の基本制御ルーチンを示しており、この基本制御ルーチンは、ＥＣＵ９０のＲＯＭ９２に予め記憶されており、ＣＰＵ９４により予め設定された所定時間毎に繰り返し実行される。
【００６２】
＜ステップ１００＞
まず、ＥＣＵ９０は、ステップ１００において、ＨＣ吸着・パージ制御を実行する。
ＨＣ吸着・パージ制御は、エンジンを冷間始動させたときに多量に発生する未燃ＨＣを大気に放出させないように、冷間始動時に排気ガスを第１通路２０に流してＨＣ吸着材２６により排気ガス中の未燃ＨＣを吸着し、さらに、ＨＣ吸着材２６で吸着したＨＣを所定のエンジン運転状態になったときにＨＣ吸着材２６から脱離させ、下流に配置されたＮＯｘ触媒６１または三元触媒６４で酸化し浄化するために行われる。ＨＣ吸着・パージ制御については後で詳細に説明する。
【００６３】
＜ステップ２００＞
ＨＣ吸着・パージ制御を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ２００に進み、ＮＯｘ触媒６１の温度制御を実行する。ＮＯｘ触媒温度制御は、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が常にＮＯｘ浄化率の高い最適温度域に収まるように、触媒床温が最適温度域よりも高温側にずれそうになったときには排気ガスを第１通路２０に流して放熱量を増大させＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの温度を下げることによりＮＯｘ触媒６１の触媒床温を低下させ、触媒床温が最適温度域よりも低温側にずれそうになったときには排気ガスを第２通路４０に流して放熱量を低減させてＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの温度を上げることによりＮＯｘ触媒６１の触媒床温を上昇させるために行われる。ＮＯｘ触媒温度制御については後で詳述する。
【００６４】
＜ステップ３００＞
ＮＯｘ触媒温度制御を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ３００に進んで、ＮＯｘ触媒６１のＳ被毒カウンタをカウントアップする。Ｓ被毒カウンタは、積算燃料消費量や積算排気ガス量などＳ消費量の代替値となり得る物理量を積算してＮＯｘ触媒６１のＳ被毒量を推定するものであり、Ｓ被毒回復処理完了時にリセットされる。
【００６５】
＜ステップ４００＞
次に、ＥＣＵ９０は、ステップ４００に進んで、Ｓ被毒カウンタのカウント値が予め設定した規定値以上、あるいは、排気冷却実行フラグＦ１が「１」、の少なくともいずれか一方の条件が満たされているか否か判定する。Ｓ被毒カウンタのカウント値が前記規定値以上であるときは、ＮＯｘ触媒６１のＳ被毒が進んでＳ被毒回復処理を実行すべき時である。また、排気冷却実行フラグＦ１が「１」のときは、Ｓ被毒回復処理後にＮＯｘ触媒６１を迅速にＮＯｘ浄化可能な温度まで冷却するために、排気通路に二次空気の供給を実行すべき時である。
【００６６】
＜ステップ５００＞
Ｓ被毒カウンタのカウント値が予め設定した規定値以上のとき、あるいは、排気冷却実行フラグＦ１が「１」のときには、ＥＣＵ９０は、ステップ４００において肯定判定してステップ５００に進み、Ｓ被毒回復制御を実行する。Ｓ被毒回復制御は、ＮＯｘ触媒６１に吸収されているＳＯｘをＮＯｘ触媒６１から脱離しＳＯ２として排出し、さらに、ＮＯｘ触媒６１からＳＯｘを脱離させた直後のＮＯｘ触媒６１は高温でＮＯｘ浄化能が低いので、ＮＯｘ浄化能の高い温度までＮＯｘ触媒６１の触媒床温を下げるために行われる。Ｓ被毒回復制御については後で詳述する。
【００６７】
＜ステップ６００＞
ステップ４００において否定判定した場合、及び、ステップ５００のＳ被毒回復制御を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ６００に進んで、二次空気制御を実行する。二次空気制御は、必要なときに排気通路に二次空気を供給するために行われる。ステップ６００を実行した後、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６８】
《ＨＣ吸着・パージ制御》
次に、ステップ１００のＨＣ吸着・パージ制御について図６に示すＨＣ吸着・パージ制御ルーチンを参照して説明する。
【００６９】
＜ステップ１０１＞
まず、ＥＣＵ９０は、ステップ１０１において、ＲＡＭ９３の所定領域に予め設定された吸着完了フラグＦ２の記憶領域および吸着禁止フラグＦ３の記憶領域にアクセスし、吸着完了フラグＦ２が「０」、あるいは、吸着禁止フラグＦ３が「０」、の少なくともいずれか一方の条件が満たされているか否か判定する。
【００７０】
吸着完了フラグＦ２の記憶領域は、冷間始動時にＨＣ吸着材２６に所定量のＨＣが吸着されたときに「１」が記憶され、エンジン停止時に初期値「０」が記憶される領域である。したがって、吸着完了フラグＦ２は、エンジン始動時には常に初期値「０」が記憶されている。
【００７１】
また、吸着禁止フラグＦ３の記憶領域は、排気ガスの温度が規定値以上になったときに「１」が記憶され、エンジン停止時に初期値「０」が記憶される領域である。したがって、吸着禁止フラグＦ３は、エンジン始動時には常に初期値「０」が記憶されている。
【００７２】
＜ステップ１０２＞
吸着完了フラグＦ２が「０」のとき、あるいは、吸着禁止フラグＦ３が「０」のときには、ＥＣＵ９０は、ステップ１０１において肯定判定してステップ１０２に進み、ＨＣ吸着条件が成立しているか否か判定する。ここで、ＨＣ吸着条件成立は、始動時触媒１２が活性温度に達していないときであり、エンジンの冷却水温度や始動時からの積算排気ガス量などから判定する。したがって、未燃ＨＣの発生量が多くなるエンジンの冷間始動時はＨＣ吸着条件が成立する。
【００７３】
＜ステップ１０３＞
ステップ１０２において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１０３に進み、第１排気切替弁５２が全開になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全閉になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第１通路２０に流す。ＨＣ吸着条件成立時にはＨＣ吸着材２６が吸着温度にあり、且つ排気ガス温度が低いため、排気ガスを第１通路２０に流すと、排気ガス中の未燃ＨＣがＨＣ吸着材２６に吸着される。また、排気ガスは第１通路２０の排気冷却促進部２３を通過する際に冷却されるため、ＨＣ吸着材２６に流入する排気ガス温度が下がり、ＨＣ吸着材２６のＨＣ吸着率が高められるとともにＨＣ吸着時間が拡大される。
【００７４】
＜ステップ１０４＞
ステップ１０３を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ１０４に進み、ＨＣ吸着条件成立後の積算排気ガス量が規定値以上であるか否か判定する。ここで、積算排気ガス量の規定値は、ＨＣ吸着材２６の温度がＨＣ放出温度以上になるまでに必要な排気ガス量であり、予め実験的に求めてＲＯＭ９２に記憶しておく。
【００７５】
＜ステップ１０５＞
ステップ１０４において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１０５に進み、吸着完了フラグＦ２の記憶領域の値を「０」から「１」に書き換え、その後、ステップ１０９に進む。一方、ステップ１０４において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１０４からステップ１０９に進む。したがって、ＨＣ吸着条件が成立している間は、ＨＣ吸着条件成立後の積算排気ガス量が前記規定値以上になりステップ１０４で肯定判定されるまで、排気ガスは第１通路２０に流れることになる。
【００７６】
＜ステップ１０６＞
一方、ステップ１０２において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１０６に進み、第１排気切替弁５２が全閉になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全開になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第２通路４０に流す。
【００７７】
ここで、排気ガスの流れを第１通路２０から第２通路４０に切り替える理由は次の通りである。吸着条件不成立のときには始動時触媒１２が活性温度に達しているので、この始動時触媒１２で排気ガス中のＨＣを浄化することができるからであり、また、吸着条件不成立時にはＨＣ吸着材２６の温度がＨＣ放出温度以上になっていると推定されるので、そのときに排気ガスを第１通路２０に流すとＨＣ吸着材２６からＨＣが離脱し排気エミッションを悪化させる虞れがあるからである。
【００７８】
＜ステップ１０７＞
ステップ１０６を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ１０７に進み、排気温センサ６７の出力値から排気ガス温度が規定値以上であるか否か判定する。このステップ１０７における排気ガス温度は三元触媒６４の触媒床温の代用として用いており、排気ガス温度が規定値以上ということは三元触媒６４が活性温度以上であることを意味する。排気ガス温度の前記規定値は予め実験的に求めＲＯＭ９２に記憶しておく。
【００７９】
＜ステップ１０８＞
ステップ１０７において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、三元触媒６４が活性化していると判断してステップ１０８に進み、吸着禁止フラグＦ３の記憶領域の値を「０」から「１」に書き換え、その後、ステップ１０９に進む。一方、ステップ１０７において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１０７からステップ１０９に進む。
【００８０】
＜ステップ１０９＞
ＥＣＵ９０は、ステップ１０９において、吸着禁止フラグＦ３が「１」か否か判定する。ステップ１０９において否定判定された場合には、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。すなわち、吸着禁止フラグＦ３が「１」になるまでは、ＥＣＵ９０はステップ１１０〜１１５，１１６のステップには進まず、ＨＣ吸着材２６からのＨＣパージを実行しない。
【００８１】
尚、ステップ１０５において吸着完了フラグＦ２が「１」に書き換えられ、さらに、ステップ１０８において吸着禁止フラグＦ３が「１」に書き換えられた以降にＥＣＵ９０が本ルーチンを実行するときには、ステップ１０１において否定判定して、ステップ１０１からステップ１０９に進むことになる。
【００８２】
＜ステップ１１０＞
ステップ１０９において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１１０に進み、ＲＡＭ９３の所定領域に予め設定されたＨＣパージ完了フラグＦ４の記憶領域にアクセスし「０」が記憶されているか否か判定する。
【００８３】
ＨＣパージ完了フラグＦ４の記憶領域は、ＨＣ吸着材２６からのＨＣパージ実行時における排気ガス量の積算値が規定値以上になったときに「１」が記憶され、エンジン停止時に初期値「０」が記憶される領域である。したがって、ＨＣパージ完了フラグＦ４は、エンジン始動時には常に初期値「０」が記憶されている。
【００８４】
＜ステップ１１１＞
ステップ１１０において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１１１に進みＨＣパージ実行条件が成立しているか否か判定する。ここで、ＨＣパージ実行条件成立の条件は、三元触媒６４の触媒床温が活性温度以上であり、且つ、エンジンがリーン制御モードで運転されているか、あるいは、エンジンがフューエルカット運転であることである。これは、排気ガスの空燃比がリーンのときにＨＣ吸着材２６からＨＣを脱離させた方が、ＮＯｘ触媒６１および三元触媒６４への負担を減らすことができ、したがってエミッションの悪化を防止することができ、また、三元触媒６４の触媒床温が活性温度以上でないと、ＨＣ吸着材２６からパージしたＨＣを三元触媒６４で浄化できず、エミッションを悪化させてしまうからである。尚、この実施の形態では、三元触媒６４の触媒床温は排気温センサ６７で検出される排気ガス温度で代用する。
【００８５】
＜ステップ１１２＞
ステップ１１１において肯定判定した場合、すなわち、ＨＣパージ実行条件が成立している場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１１２に進み、第１排気切替弁５２が全開になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全閉になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第１通路２０に流す。
【００８６】
排気ガスを第１通路２０に流すと、ＨＣ吸着材２６はＨＣ放出温度以上であるので、ＨＣ吸着材２６に吸着されていたＨＣがパージされ、パージされたＨＣは排気ガスとともにＮＯｘ触媒６１および三元触媒６４に流れ、ＮＯｘ触媒６１あるいは三元触媒６４で酸化されて浄化される。
【００８７】
＜ステップ１１３＞
ステップ１１２を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ１１３に進み、ＨＣ吸着材２６のＨＣパージ時の排気ガス量をパージ開始から積算するパージ積算ガス量カウンタをカウントアップし、ＨＣパージ時の排気ガス量を積算する。尚、このパージ積算ガス量カウンタはエンジン停止時に初期値「０」にリセットされるようになっている。
【００８８】
＜ステップ１１４＞
ステップ１１３でＨＣパージ時の排気ガス量を積算した後、ＥＣＵ９０は、ステップ１１４に進み、パージ積算ガス量カウンタのカウント値が規定値以上か否か、すなわち、ＨＣパージ時の積算排気ガス量が規定値以上か否か判定する。ここで、ＨＣパージ時の積算排気ガス量の規定値は、ＨＣ吸着材２６に吸着されたＨＣの全量をパージさせるのに必要な排気ガス量であり、予め実験的に求めてＲＯＭ９２に記憶しておく。
【００８９】
ステップ１１４において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、本ルーチンを一旦終了する。したがって、ＨＣパージ時の積算排気ガス量が規定値以上になるまで第１通路２０に排気ガスを流しＨＣ吸着材２６のＨＣパージが続行されることになる。
【００９０】
＜ステップ１１５＞
ステップ１１４において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１１５に進み、ＨＣパージ完了フラグＦ４の記憶領域の値を「０」から「１」に書き換えて、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００９１】
この場合、ＥＣＵ９０が本ルーチンを次回以後実行したときには、ＥＣＵ９０は、ステップ１１０において否定判定して、本ルーチンの実行を一旦終了することになり、したがって、ステップ１１１〜１１５，１１６のステップを実行しない。
【００９２】
＜ステップ１１６＞
また、ＨＣ吸着材２６からＨＣをパージしていても、次回本ルーチンを実行したときにパージ実行条件不成立になったときには、ＥＣＵ９０は、ステップ１１１において否定判定して、ステップ１１６に進み、第１排気切替弁５２が全閉になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全開になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第２通路４０に流す。これにより、ＨＣ吸着材２６からのＨＣパージが一旦中断され、再びパージ実行条件成立となったときにＨＣパージを再開することになる。
【００９３】
以上のように、このＨＣ吸着・パージ制御を実行することにより、エンジン始動時に排出される未燃ＨＣ、特に、冷間始動時に多く排出される未燃ＨＣが大気に排出されなくなる。
【００９４】
《ＮＯｘ触媒温度制御》
次に、図５の基本制御ルーチンにおけるステップ２００のＮＯｘ触媒温度制御について図７に示すＮＯｘ触媒温度制御ルーチンを参照して説明する。
【００９５】
＜ステップ２０１＞
まず、ＥＣＵ９０は、ステップ２０１において、吸着完了フラグＦ２とＨＣパージ完了フラグＦ４が両方とも「１」であるか否か判定する。ＥＣＵ９０は、ステップ２０１において否定判定した場合にはステップ２０２に進み、肯定判定した場合にはステップ２０３に進む。
【００９６】
＜ステップ２０２＞
ＥＣＵ９０は、ステップ２０２において、吸着禁止フラグＦ３が「１」であるか否か判定し、肯定判定した場合にはステップ２０３に進み、否定判定した場合には本ルーチンの実行を一旦終了する。したがって、ＥＣＵ９０は、ＨＣ吸着材２６に吸着されたＨＣのパージが完了している場合、あるいは、三元触媒６４が活性した後でなければ、ステップ２０３に進まないこととなる。
【００９７】
＜ステップ２０３＞
ステップ２０３において、ＥＣＵ９０は、Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５の記憶領域にアクセスし「０」が記憶されているか否か判定する。Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５の記憶領域は、ＮＯｘ触媒６１に吸収されたＳＯｘを脱離させるＳ被毒回復処理を実行しているときに「１」が記憶され、Ｓ被毒回復処理完了後のＮＯｘ触媒冷却処理を実行しているときに「０」が記憶される領域である。
ステップ２０３において否定判定した場合、すなわち、ＮＯｘ触媒６１に対してＳ被毒回復処理を実行中のときは、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００９８】
＜ステップ２０４＞
ステップ２０３において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ２０４に進み、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が予め設定された規定値αよりも低いか否か判定する。尚、この実施の形態においては、排気温センサ６７で検出される排気ガス温度をＮＯｘ触媒６１の触媒床温として代用する。
【００９９】
＜ステップ２０５＞
ステップ２０４において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、第１排気切替弁５２が全閉になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全開になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第２通路４０に流す。排気ガスが第２通路４０を流れたときは第１通路２０を流れたときよりも排気ガスの温度降下が少ないので、ＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの温度を上げることができ、その結果、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温を高ＮＯｘ浄化率が得られる温度領域に保持することができる。
【０１００】
＜ステップ２０６＞
ステップ２０４で否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ２０６に進み、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が予め設定された規定値β以上か否か判定する。尚、規定値βは規定値αよりも高い温度である（β＞α）。
【０１０１】
＜ステップ２０７＞
ステップ２０６において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、第１排気切替弁５２が全開になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全閉になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第１通路２０に流す。排気ガスが第１通路２０を流れたときは第２通路４０を流れたときよりも排気ガスの温度降下が大きいので、ＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの温度を下げることができ、その結果、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温を高ＮＯｘ浄化率が得られる温度領域に保持することができる。
【０１０２】
ステップ２０６において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。したがって、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定値α以上であって規定値βより小さいときには、排気ガスの流路は切り替わることなく現状維持となり、これにより排気流路の切り替え頻度が少なくなる。
【０１０３】
尚、排気ガスの流路を切り替える際に閾値となる規定値αはＮＯｘ浄化率を高く維持可能な最低温度であり、規定値βはＮＯｘ浄化率を高く維持可能な最大温度である。さらに、この規定値α，βは、単に固定値を用いてもよいし、図１０に示すようにＮＯｘ浄化率の温度特性はＮＯｘ触媒の熱劣化の度合によって異なることから、ＮＯｘ触媒の熱劣化の度合を検出し、検出された熱劣化度合に応じて規定値α，βを変更してもよい。
【０１０４】
図１１は、車速と、第１通路２０に排気ガスを流したときのＮＯｘ触媒６１の触媒床温、あるいは、第２通路４０に排気ガスを流したときのＮＯｘ触媒６１の触媒床温との関係を実験的に求めた一例である。このように第１通路２０に排気ガスを流したときには低速運転時にＮＯｘ触媒６１を高ＮＯｘ浄化温度領域に保持することができず、第２通路４０に排気ガスを流したときには高速運転時にＮＯｘ触媒６１を高ＮＯｘ浄化温度領域に保持することができない。しかしながら、前述の如くＮＯｘ触媒６１の触媒床温に応じて排気ガスの流路を第１通路２０あるいは第２通路４０に切り替えると、低車速から高車速の広範囲においてＮＯｘ触媒６１の触媒床温を高ＮＯｘ浄化温度領域に保持することが可能になる。
【０１０５】
《Ｓ被毒回復制御》
次に、図５の基本制御ルーチンにおけるステップ５００のＳ被毒回復制御について図８に示すＳ被毒回復制御ルーチンを参照して説明する。
【０１０６】
＜ステップ５０１＞
まず、ＥＣＵ９０は、ステップ５０１において、排気冷却実行フラグＦ１が「０」か否か判定する。
【０１０７】
＜ステップ５０２＞
ステップ５０１において肯定判定した場合には、Ｓ被毒カウンタのカウント値が規定値以上であることになるので、ＥＣＵ９０は、ステップ５０２に進み、Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５を「１」とする。Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５＝１はＳ被毒回復処理実行中を意味する。
【０１０８】
＜ステップ５０３＞
ステップ５０２に続いて、ＥＣＵ９０は、ステップ５０３に進み、（１）排気ガスを第２通路４０に流し、（２）二次空気を排気ガス中に供給し、（３）空燃比を弱リッチに制御してエンジンを運転する。
【０１０９】
詳述すると、まず、ＥＣＵ９０は、第１排気切替弁５２が全閉になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全開になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第２通路４０に流す。これにより、排気ガスがＮＯｘ触媒６１に到達するまでの排気ガスの温度降下が抑制される。次に、ＥＣＵ９０は、二次空気供給装置７０を作動させて、二次空気供給管６９からＮＯｘ触媒６１の上流の合流管６０に二次空気を供給する。次に、ＥＣＵ９０は、燃料噴射制御装置により空燃比を弱リッチに制御する。
【０１１０】
弱リッチの空燃比でエンジンを運転すると、排気ガスは未燃ＨＣを多量に含む弱リッチな空燃比の排気ガスとなり、この排気ガスが第２通路４０を通ってＮＯｘ触媒６１に流入する。
【０１１１】
そして、未燃ＨＣを多量に含む弱リッチな空燃比の排気ガスと二次空気供給管６９から供給された二次空気が合流管６０において合流し、ここで未燃ＨＣを多量に含む酸素過剰な排気ガスとなってＮＯｘ触媒６１に流入する。その結果、ＮＯｘ触媒６１において排気ガス中の未燃ＨＣと酸素が酸化反応し、その反応熱によってＮＯｘ触媒６１の触媒床温が上昇する。ＮＯｘ触媒６１の触媒床温がＳＯｘ放出温度（例えば、６５０゜Ｃ）以上になるとＮＯｘ触媒６１に吸収されていたＳＯｘがＮＯｘ触媒６１から脱離しＳＯ２として放出される。
【０１１２】
ＮＯｘ触媒６１において酸化されなかった未燃ＨＣは、下流の三元触媒６４において酸化されることになる。したがって、ステップ５０３において空燃比を弱リッチに制御する際の弱リッチの程度は、ＮＯｘ触媒６１を通過した未燃ＨＣを三元触媒６４で浄化することができる程度とするのが好ましい。
【０１１３】
尚、排気ガスは第２通路４０に流入する前に始動時触媒１２を通るが、始動時触媒１２を通る際には未だ二次空気が供給されておらず、排気ガス中の酸素濃度が極めて低いので、始動時触媒１２において酸化する未燃ＨＣは極めて少なく、排気ガス中の多くの未燃ＨＣがＮＯｘ触媒６１に流入する。
【０１１４】
また、ステップ５０３における処理を前述したように（１）排気ガス流路の切り替え、（２）二次空気供給、（３）弱リッチ制御の順番で実行することにより、Ｓ被毒回復処理開始時にエミッションが悪化するのを防止することができる。
【０１１５】
＜ステップ５０４＞
ステップ５０３の処理を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ５０４に進み、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が前記ＳＯｘ放出温度以上であり且つ下流側０２センサの出力値がリッチ出力か否か判定する。尚、この実施の形態においては、排気温センサ６７で検出される排気ガス温度をＮＯｘ触媒６１の触媒床温として代用する。
【０１１６】
ＮＯｘ触媒６１から効率的にＳＯｘを脱離しＳＯ２として放出するためには、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温がＳＯｘ放出温度以上であり、且つ、ＮＯｘ触媒６１において排気ガスの空燃比が弱リッチであることが必要である。ＮＯｘ触媒下流に配置されている下流側０２センサの出力値がリッチ出力であれば、ＮＯｘ触媒６１のケーシング６２内も弱リッチな雰囲気であると判断できる。
【０１１７】
また、ＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの空燃比が、ＳＯｘを効率的に還元することができる所定の空燃比となるように、二次空気供給装置７０を制御して二次空気供給量を制御するのが好ましい。なお、二次空気供給量を一定にし、エンジンの空燃比を制御して、ＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの空燃比を制御してもよい。
【０１１８】
＜ステップ５０５＞
ＥＣＵ９０は、ステップ５０４において肯定判定した場合には、ＮＯｘ触媒６１からＳＯｘが放出されているものとして、ステップ５０５に進み、ＳＯｘ放出時の排気ガス量を積算するＳ被毒回復積算ガス量カウンタをカウントアップする。
【０１１９】
一方、ステップ５０４において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ５１１に進み、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定値Ｔ２よりも低く、且つ、排気冷却実行フラグＦ１が「１」であるか否か判定する。この時点ではまだ排気冷却実行フラグＦ１が「０」であるので、ステップ５１１において否定判定して、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１２０】
＜ステップ５０６＞
ステップ５０５の処理を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ５０６に進み、Ｓ被毒回復積算ガス量カウンタのカウント値が規定値以上か否か判定する。この規定値は、ＮＯｘ触媒６１に吸収されているＳＯｘをほぼ完全に放出するのに必要な排気ガス量に対応するカウント値であり、予め実験的に求めてＲＯＭ９２に記憶しておく。
【０１２１】
ステップ５０６において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ５１１に進み、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定値Ｔ２よりも低く、且つ、排気冷却実行フラグＦ１が「１」であるか否か判定する。この時点ではまだ排気冷却実行フラグＦ１が「０」であるので、ステップ５１１において否定判定して、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１２２】
＜ステップ５０７＞
一方、ステップ５０６において肯定判定した場合には、ＮＯｘ触媒６１のＳ被毒回復処理が完了したものとして、ＥＣＵ９０は、ステップ５０７に進み、（１）第１排気切替弁５２が全開になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全閉になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第１通路２０に流し、（２）燃料噴射制御装置による空燃比制御を弱リッチ制御から上流側Ｏ２センサ１１の出力値だけに基づくフィードバックストイキ制御に切り替え、（３）排気冷却実行フラグＦ１を「１」とし、（４）Ｓ被毒カウンタをリセットし、（５）Ｓ被毒回復積算ガス量カウンタをリセットして、ＮＯｘ触媒６１に対する冷却処理を開始する。
【０１２３】
ＮＯｘ触媒６１のＳ被毒回復処理完了直後はＮＯｘ触媒６１の触媒床温が非常に高く、ＮＯｘ浄化率の低い温度域にあるため、その状態でリーン空燃比の排気ガスを流すと、エミッションが悪化してしまう。そのため、Ｓ被毒回復処理完了後は素早くＮＯｘ触媒６１の触媒床温を下げる必要がある。排気ガスを第１通路２０に流すと、排気冷却促進部２３の冷却促進効果により、合流管６０に到達するまでの排気ガスの温度降下が増大し、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温を早く下げることができる。
【０１２４】
また、合流管６０への二次空気の供給は停止されず続行されるので、ＮＯｘ触媒６１には二次空気との混合によりさらに冷却された排気ガスが流入することになり、ＮＯｘ触媒６１の冷却が促進される。
【０１２５】
また、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温がＮＯｘ浄化率の低い高温域にある間は排気空燃比を理論空燃比にしているので、ＮＯｘ触媒６１および三元触媒６４の三元触媒作用により排気ガスを浄化することができ、したがって、Ｓ被毒回復処理完了直後のエミッション悪化を防止することができる。
【０１２６】
尚、ステップ５０７における空燃比のストイキ制御を、上流側Ｏ２センサ１１の出力値だけに基づくフィードバック制御とするのは、Ｓ被毒回復処理完了後しばらくの間は下流側Ｏ２センサ６８の出力値がリッチ出力となるので、下流側Ｏ２センサ６８の出力値に基づくサブフィードバック制御も行うと、空燃比がリーン側に誤補正されるからである。
【０１２７】
＜ステップ５０８＞
ステップ５０７において排気冷却実行フラグＦ１を「１」にすると、次回このルーチンを実行したときには、ＥＣＵ９０は、ステップ５０１において否定判定してステップ５０８に進み、Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５を「０」にする。
【０１２８】
＜ステップ５０９＞
次に、ＥＣＵ９０は、ステップ５０９に進んで、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が予め設定された規定温度Ｔ１よりも小さく且つ上流側Ｏ２センサ１１の出力値に基づくフィードバックストイキ制御を実行しているか否か判定する。規定温度Ｔ１は、ストイキの排気ガスとリーン空燃比の排気ガスのどちらを流すかを決定する閾値である。
【０１２９】
＜ステップ５１０＞
ステップ５０９において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ５１０に進み、燃料噴射制御装置による空燃比制御を上流側Ｏ２センサ１１の出力値だけに基づくフィードバックストイキ制御から通常制御（すなわち、エンジンの運転状態に応じた空燃比制御）に切り替えて、ステップ５１１に進む。
【０１３０】
また、ステップ５０９において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ５１１に進む。したがって、ステップ５０７において空燃比を上流側Ｏ２センサ１１の出力値だけに基づくフィードバックストイキ制御に切り替えた後、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定温度Ｔ１よりも小さくなるまでは、ステップ５０９において否定判定されて、上流側Ｏ２センサ１１の出力値だけに基づくフィードバックストイキ制御を続行する。
【０１３１】
＜ステップ５１１＞
ステップ５１１において、ＥＣＵ９０は、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が予め設定した規定温度Ｔ２よりも低く、且つ、排気冷却実行フラグＦ１が「１」であるか否か判定する。尚、規定温度Ｔ２は規定温度Ｔ１よりも小さい値に設定しておく（例えば、Ｔ１＝５５０゜Ｃ ，Ｔ２＝５００゜Ｃ）。
【０１３２】
ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定温度Ｔ２以上の時には、ステップ５１１において否定判定され、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。したがって、この場合には、合流管６０への二次空気の供給は停止されずに続行され、ＮＯｘ触媒６１の冷却を続行する。
【０１３３】
＜ステップ５１２＞
ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定温度Ｔ２よりも低くなると、ステップ５１１において肯定判定されるので、ＥＣＵ９０は、ステップ５１２に進み、排気冷却実行フラグＦ１を「０」に書き換える。排気冷却実行フラグＦ１が「０」になると、後述の二次空気制御で説明するように、合流管６０への二次空気の供給が停止される。これによりＳ被毒回復処理完了後のＮＯｘ触媒冷却処理が終了する。
【０１３４】
また、排気冷却実行フラグＦ１が「０」になることにより、次回ルーチン実行時には基本制御ルーチンのステップ４００において否定判定されるので、このＳ被毒回復制御５００は実行されない。
【０１３５】
なお、この実施の形態では、ステップ５０６で肯定判定されてＳ被毒回復処理が完了すると、ＮＯｘ触媒６１の上流への二次空気の供給を続行しつつ、ステップ５０７でエンジンの空燃比をストイキ制御に変更し、ストイキの排気ガスと二次空気とを第１通路２０を介してＮＯｘ触媒６１に流すようにしているが、このようにすると、ＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの空燃比がリーン寄りになるため、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が高温状態（前述の実施の形態においては規定温度Ｔ１以上）にあるときにＮＯｘ浄化率が低くなる虞れがある。そこで、これに対処するに、Ｓ被毒回復処理が完了した時点で一旦ＮＯｘ触媒６１への二次空気の供給を停止し、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定温度Ｔ１よりも小さくなるまでは、二次空気をＮＯｘ触媒６１に供給せず、エンジンの空燃比をストイキ制御に変更し、ストイキの排気ガスを第１通路２０を介してＮＯｘ触媒６１に流すだけにすることにより、ＮＯｘ浄化率を高く維持しつつＮＯｘ触媒６１の冷却を行い、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定温度Ｔ１よりも低くなったらＮＯｘ触媒６１に二次空気を供給してより効率的にＮＯｘ触媒６１の冷却を行い、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定温度Ｔ２よりも低くなったら二次空気の供給を停止するようにしてもよい。この場合、二次空気の供給に併せてエンジンの空燃比をリーン制御に変更してもよいし、あるいはストイキ制御を続行してもよい。
【０１３６】
また、前述の実施の形態では、ステップ５０６で肯定判定されてＳ被毒回復処理が完了すると、ステップ５０９で肯定判定されるまでの間は、ストイキの排気ガスを流してＮＯｘ触媒６１の冷却処理を実行しているが、Ｓ被毒回復処理完了後、直ぐにリーン空燃比の排気ガスを第１通路２０に流してＮＯｘ触媒６１の触媒床温を規定温度Ｔ２より低くすることができる場合には、換言すれば、それくらい十分に排気冷却効果が得られるように排気冷却促進部２３を設計してある場合には、ストイキの排気ガスをＮＯｘ触媒６１に流して冷却する処理を省略することができ、それによりストイキ運転による燃費悪化を抑制することができる。
【０１３７】
《二次空気制御》
次に、図５の基本制御ルーチンにおけるステップ６００の二次空気制御について図９の二次空気制御ルーチンを参照して説明する。
【０１３８】
＜ステップ６０１＞
まず、ＥＣＵ９０は、ステップ６０１において、Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５が「１」、あるいは、排気冷却実行フラグＦ１が「１」、の少なくともいずれか一方の条件が満たされているか否か判定する。
【０１３９】
＜ステップ６０２＞
Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５が「１」のとき、あるいは、排気冷却実行フラグＦ１が「１」のときには、ＥＣＵ９０は、ステップ６０１において肯定判定してステップ６０２に進み、二次空気供給装置７０を作動させて、二次空気供給管６９から合流管６０に二次空気を供給する。
【０１４０】
＜ステップ６０３＞
Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５が「０」であって、且つ、排気冷却実行フラグＦ１が「０」であるときには、ＥＣＵ９０は、ステップ６０１において否定判定してステップ６０３に進み、二次空気供給装置７０の作動を停止し、二次空気供給管６９から合流管６０への二次空気の供給を停止する。
【０１４１】
したがって、ＥＣＵ９０が、基本制御ルーチンにおいてステップ４００で肯定判定し、ステップ５００のＳ被毒回復制御に進んだ場合には、Ｓ被毒回復制御ルーチンのステップ５１２において排気冷却実行フラグＦ１が「０」に書き換えられるまでは、合流管６０への二次空気供給が行われることになる。
【０１４２】
尚、前述の実施の形態では、二次空気を合流管６０に導入しているが、二次空気の導入位置はこれに限るものではなく、例えば、始動時触媒１２の直ぐ下流の排気管１４に導入することも可能である。排気管１４に二次空気を導入した場合には、二次空気導入点からＮＯｘ触媒６１までの距離が十分にあるので、その間に弱リッチ空燃比の排気ガスと二次空気を十分に混合することができるというメリットがある。
【０１４３】
これに対して、前述した実施の形態の場合のようにＮＯｘ触媒６１の直ぐ上流の合流管６０に二次空気を導入した場合には、弱リッチ空燃比の排気ガスと二次空気の酸化反応がケーシング６２の直ぐ上流あるいはケーシング６２内において行われるので、その反応熱を極めて有効にＮＯｘ触媒６１の昇温に利用することができ、したがって、ＮＯｘ触媒６１を所望の温度まで極めて迅速に昇温することができるというメリットがある。
【０１４４】
また、二次空気供給管６９をその途中で分岐し、その分岐管を始動時触媒１２の上流の排気管１０に接続するとともに、分岐管と二次空気供給管６９との分岐部に切替弁を設けて、二次空気の導入先を合流管６０と排気管１０のいずれかに選択できるようにし、二次空気を排気管１０に導入することによって始動時触媒の暖機を行うことができるようにしてもよい。
【０１４５】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態を図１２から図１５の図面を参照して説明する。
【０１４６】
第２の実施の形態における機関本体７０１は直列４気筒エンジンである。機関本体７０１の各気筒の吸気ポートは対応する吸気枝管７０２を介してサージタンク７０３に接続され、サージタンク７０３は吸気管７０４を介してエアクリーナ７０５に接続されている。
【０１４７】
吸気管７０４の途中には、過給機７５０のコンプレッサ７５１が設けられており、エアクリーナ７０５から導入された吸気はコンプレッサ７５１によって昇圧されてサージタンク７０３に送られる。
【０１４８】
また、吸気管７０４にはサージタンク７０３の上流にスロットル弁７０６が設けられており、スロットル弁７０６よりも上流には、吸気管４内を流れる空気量に対応した電気信号を出力するエアフロメータ７０８が設けられている。また、各気筒には筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁７０７が取り付けられている。この燃料噴射弁７０７は後述するＥＣＵ７９０とともに、空燃比制御手段を構成する。
【０１４９】
また、機関本体７０１の各気筒の排気ポートは排気マニホルド７０９を介して排気管７１０に接続されており、各気筒から排出された排気ガスがこの排気管７１０において合流する。
【０１５０】
排気管７１０は始動時触媒７１２を収容したケーシング７１３に接続されている。始動時触媒７１２は、後述するＮＯｘ触媒７６１が活性化していない機関始動時に排気ガスを浄化するものであり、例えばアルミナ担体上に白金Ｐｔのような貴金属が坦持された三元触媒から構成されている。
【０１５１】
排気管７１０の途中には、過給機７５０のタービン７５２が設けられており、排気管７１０を流れる排気ガスはタービン７５２を駆動し、タービン７５２に連結されたコンプレッサ７５１を駆動して、前述したように吸気を昇圧する。
【０１５２】
排気管７１０においてタービン７５２よりも上流には、排気管７１０を流れる排気ガスの酸素濃度に対応した電気信号を出力する上流側Ｏ２センサ７１１が取り付けられている。
【０１５３】
始動時触媒７１２を収容したケーシング７１３は、排気管７６０を介して、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と略す）７６１を収容したケーシング７６２に接続され、ケーシング７６２は排気管７６３を介して図示しないマフラーに接続されている。
【０１５４】
ＮＯｘ触媒７６１は、第１の実施の形態における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒６１と同じ構成であり、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なる。
【０１５５】
ただし、この実施の形態におけるＮＯｘ触媒７６１のＮＯｘ浄化率温度特性は図１４に示すようになっていて、第１の実施の形態におけるＮＯｘ触媒６１のＮＯｘ浄化率温度特性とは異なっている。
【０１５６】
ＮＯｘ触媒７６１は、排気空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、流入排気ガス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。また、ＮＯｘ触媒７６１から放出されたＮＯｘは還元剤によってＮ２に還元される。ここで、排気空燃比とは、機関吸気通路およびＮＯｘ触媒７６１より上流の排気通路内に供給された全燃料量及び全還元剤量に対する全空気量の比をいう。
【０１５７】
なお、ＮＯｘ触媒７６１よりも上流の排気通路内に燃料（炭化水素）あるいは空気が供給されない場合には、排気空燃比は各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。
【０１５８】
排気管７６３には、排気管７６３を流れる排気ガスの温度に比例した電気信号を出力する排気温センサ７６７と、排気管７６３を流れる排気ガスの酸素濃度に対応した電気信号を出力する下流側Ｏ２センサ７６８が取り付けられている。この実施の形態においては、排気温センサ７６７により検出される排気ガス温度は、ＮＯｘ触媒７６１の触媒床温としても代用される。
【０１５９】
排気管７６０においてケーシング７６２の上流側近傍には、過給空気供給管７６９の一端が接続されており、この過給空気供給管７６９の他端は、吸気管７０４においてコンプレッサ７５１よりも下流であってエアフロメータ７０８よりも上流に位置する部位に接続されている。
【０１６０】
さらに、吸気管７０４と過給空気供給管７６９との接続部位には、アクチュエータ７７１によって駆動され過給空気供給管７６９へ流れる過給空気の流量を制御する流量制御弁７７０が設けられている。流量制御弁７７０を全閉にしたときには、コンプレッサ７５１によって昇圧された過給空気の全量がサージタンク７０３に導入されるようになっており、このときには過給空気供給管７６９に過給空気は流れない。また、流量制御弁７７０を開いたときには、過給空気の一部が弁開度に応じた流量で過給空気供給管７６９を介して排気管７６０に導入され、残りの過給空気がサージタンク７０３に導入されるようになっている。そして、過給空気供給管７６９を介して排気管７６０に導入された過給空気は、機関本体１から排出された排気ガスとともにＮＯｘ触媒７６１に導入される。尚、この実施の形態において、流量制御弁７７０と過給空気供給管７６９は過給空気供給手段を構成する。
【０１６１】
エンジンコントロール用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）７９０はディジタルコンピュータからなり、図１３に示すように、双方向性バス７９１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）７９２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）７９３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）７９４、常時電力が供給されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）７９５、入力ポート７９６及び出力ポート７９７を具備する。
【０１６２】
ＥＣＵ７９０の入力ポート７９６には、エアフロメータ７０８、上流側Ｏ２センサ７１１、排気温センサ７６７、下流側Ｏ２センサ７６８などの出力信号がそれぞれ対応するＡＤ変換器７９８を介して入力される。また、ＥＣＵ７９０の入力ポート７９６には、回転数センサ（図示せず）から機関回転数Ｎを表す出力パルスが入力される。
【０１６３】
ＥＣＵ７９０の出力ポート７９７は、対応する駆動回路７９９を介して、各気筒の燃料噴射弁７０７、各気筒の点火栓（図示せず）、流量制御弁７７０のアクチュエータ７７１、などに電気的に接続されている。
【０１６４】
ところで、この実施の形態のエンジンでは、エンジンの運転状態に応じて空燃比を変えて運転する空燃比制御が実行される。つまり、このエンジンでは、リーン条件成立時には各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンに制御（これをリーン制御という）され、リーン条件不成立時には各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチ空燃比に制御される（これをストイキ制御あるいはリッチ制御という）。例えば機関負荷が予め定められた設定負荷よりも高いときにはリッチ制御が実行され、暖機運転時、またはＮＯｘ触媒６１が活性状態にないときなどはストイキ制御が実行され、これらはいずれもリーン条件不成立と判断され、それ以外はリーン条件が成立していると判断されてリーン制御が実行される。
【０１６５】
リーン制御時に機関から排出される排気ガスの空燃比はリーンであることから、リーン制御時に排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ触媒７６１に吸収される。ところが、ＮＯｘ触媒７６１のＮＯｘ吸収能力には限界があるのでＮＯｘ触媒７６１のＮＯｘ吸収能力が飽和する前にＮＯｘ触媒７６１からＮＯｘを放出させる必要がある。そこで、この実施の形態では、ＮＯｘ触媒７６１のＮＯｘ吸収量が予め定められた設定量よりも多くなったときには各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチにしてＮＯｘ触媒７６１からＮＯｘを放出させるとともに還元するようにしている。このような空燃比制御をリーン・リッチスパイク制御と称している。
【０１６６】
また、ＮＯｘ触媒７６１は図１４に示すＮＯｘ浄化率温度特性を有しており、触媒床温によってＮＯｘ浄化率が異なる。ＮＯｘ触媒７６１の場合には、触媒床温がＴｙよりも若干高い温度までの温度範囲で高ＮＯｘ浄化率を示し、触媒床温がＴｘを越えるとＮＯｘ浄化率は約５０％以下にまで低下する。
【０１６７】
そこで、この第２の実施の形態においては、機関本体１における空燃比をリーン制御して運転しているときには、ＥＣＵ７９０は、触媒床温がＴｘ以上であると判定すると、ＮＯｘ触媒７６１の触媒床温を高ＮＯｘ浄化温度領域に保持するために、流量制御弁７７０を所定の開度で開かせるべくアクチュエータ７７１を作動させる。
【０１６８】
流量制御弁７７０が開かれると、過給機７５０のコンプレッサ７１３で昇圧された過給空気が過給空気供給管７６９を介して排気管７６０に導入され、機関本体１から排出された排気ガスとともにＮＯｘ触媒７６１に供給される。過給空気は排気ガス温度よりも低温であるので、過給空気を排気ガスとともにＮＯｘ触媒７６１に導入すると、ＮＯｘ触媒７６１を冷却することができ、その結果、触媒床温を高ＮＯｘ浄化温度領域に保持することができる。
【０１６９】
そして、ＥＣＵ７９０は、触媒床温がＴｙ以下になった判定すると、流量制御弁７７０を閉弁させるべくアクチュエータ７７１を作動させ、ＮＯｘ触媒７６１への過給空気の導入を停止して、ＮＯｘ触媒７６１を冷やしすぎないようにし、これによりＮＯｘ触媒７６１の触媒床温を高ＮＯｘ浄化温度領域に保持する。
尚、この実施の形態では、排気温センサ７６７で検出される排気ガス温度をＮＯｘ触媒７６１の触媒床温として代用する。
【０１７０】
尚、排気管７６０に導入する過給空気量は、ＮＯｘ触媒７６１の触媒床温がＴｘよりも大きくなるにしたがって増大するように制御するのが好ましい。例えば、排気温センサ７６７の出力値に基づいて、あるいは、排気温センサ７６７の出力値からＮＯｘ触媒７６１の触媒床温を推定しその推定値に基づいて、流量制御弁７７０の開度をフィードバック制御してもよい。
【０１７１】
ところで、第１の実施の形態において説明したように、ＮＯｘ触媒７６１に排気ガスを流していると経時的にＮＯｘ触媒７６１がＳ被毒しＮＯｘ浄化能力の低下を招くため、長期に亘ってＮＯｘ浄化能力を高く保持するためには、所定の時期にＳ被毒回復処理を行う必要がある。
【０１７２】
また、ＮＯｘ触媒７６１に吸収されたＳＯｘはＮＯｘ触媒７６１内において硫酸塩を生成するが、一旦ＮＯｘ触媒７６１内に生成された硫酸塩を効率的に分解するには、ＮＯｘ触媒７６１をＳＯｘ放出温度以上に保持するとともに、ＮＯｘ触媒７６１に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比あるいは弱リッチにする必要がある。
【０１７３】
そこで、この第２の実施の形態においては、ＥＣＵ７９０は、機関本体１が高負荷運転状態にあり、且つ、ＮＯｘ触媒７６１に吸収されているＳＯｘ量が所定量に達しており、且つ、排気ガス温度が所定温度（Ｔａ）以上であると判定したときに、ＮＯｘ触媒７６１に対してＳＯｘ被毒回復処理を行うようにした。
【０１７４】
そして、この第２の実施の形態では、Ｓ被毒回復処理時に、ＮＯｘ触媒７６１からＳＯｘを放出させるべくＮＯｘ触媒７６１を昇温するために、ＥＣＵ７９０は、Ｓ被毒回復処理時に流量制御弁７７０を所定の開度で開くべくアクチュエータ７７１を作動させる。流量制御弁７７０が開かれると、過給機７５０のコンプレッサ７１３で昇圧された過給空気が過給空気供給管７６９を介して排気管７６０に導入される。
【０１７５】
また、Ｓ被毒回復処理時には前述したように機関本体１は高負荷運転状態であり、機関本体１の空燃比はリッチ制御されている。したがって、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比はリッチであり、このリッチ空燃比の排気ガスが排気管７１０，７６０を介してＮＯｘ触媒７６１に流入する。ここで、リッチ空燃比の排気ガスは排気管７１０を流れる際に始動時触媒７１２を通過するが、ここでは排気ガス中の酸素濃度が極めて低いので、排気ガス中の未燃ＨＣの殆どは始動時触媒７１２において酸化されることなく素通りして、ＮＯｘ触媒７６１に導入されることになる。
【０１７６】
そして、始動時触媒７１２を通過したリッチ空燃比の排気ガスと過給空気供給管７６９から導入された過給空気は、排気管７６０において合流しＮＯｘ触媒７６１に流入する。その結果、排気ガス中の未燃ＨＣと過給空気の多量の酸素がＮＯｘ触媒７６１において酸化反応を起こし、この時に生じる反応熱によってＮＯｘ触媒６１の触媒床温が上昇する。
【０１７７】
そして、ＮＯｘ触媒７６１において硫酸塩の分解・放出が効率的に行われるように、ＮＯｘ触媒７６１に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比または弱リッチにするべく、ＮＯｘ触媒７６１への過給空気の導入量を制御する。そのために、この実施の形態では、上流側Ｏ２センサ７１１と下流側Ｏ２センサ７６８の出力値に基づいて流入排気空燃比のフィードバック制御を実行すべく、流量制御弁７７０の弁開度のフィードバック制御を実行する。
【０１７８】
ところで、ＮＯｘ触媒７６１の触媒床温と硫酸塩分解量との間には、図１５に示すような関係があり、触媒床温がＴａを越えると硫酸塩分解量が急激に増大し、温度の増大に伴って硫酸塩分解量は増大し続ける。しかしながら、ＮＯｘ触媒７６１を余り高い温度雰囲気下に長時間晒すと、ＮＯｘ触媒７６１の熱劣化が急速に進行し、やはりＮＯｘ触媒７６１の浄化能力を低減させるため、好ましくない。
【０１７９】
そこで、この実施の形態では、Ｓ被毒回復処理実行中、ＥＣＵ７９０は、排気温センサ７６７で検出された排気ガス温度がＴａ以上であってＴｂ以下のときには流量制御弁７７０を開いて過給空気を導入しＮＯｘ触媒７６１の昇温処理を実行するが、排気ガス温度がＴｂをこえているときには流量制御弁７７０を全閉にして過給空気の導入を停止し、ＮＯｘ触媒７６１がそれ以上温度上昇するのを抑制して、硫酸塩の分解を促進させるようにした。
【０１８０】
さらに、ＥＣＵ７９０は、排気ガス温度がＴｃを越えていると判定した場合には、前述したＳ被毒回復処理時における過給空気の導入制御を禁止し、流量制御弁７７０を全閉状態に保持することにより、ＮＯｘ触媒７６１の過熱を防止するようにした。
【０１８１】
以上のようにＳ被毒回復処理を実行することにより、ＮＯｘ触媒７６１に生成された硫酸塩の殆どを分解してＳ０２に還元し放出することができ、ＮＯｘ触媒７６１のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘの浄化能力をＳ被毒前とほぼ同等の状態に回復することができる。
【０１８２】
また、Ｓ被毒回復処理完了直後は、ＮＯｘ触媒７６１の触媒床温が極めて高いため、ＮＯｘ浄化率が低い。そこで、この第２の実施の形態においては、Ｓ被毒回復処理完了後、ＮＯｘ触媒７６１をＮＯｘ浄化率の高い温度まで素早く冷却するために、ＮＯｘ触媒７６１に対して冷却処理を実行する。
【０１８３】
ＮＯｘ触媒冷却処理は次のようにして実行される。ＥＣＵ７９０は、Ｓ被毒回復処理完了時から所定の期間だけ、流量制御弁７７０を所定開度で開くべくアクチュエータ７７１を作動させ、コンプレッサ７５１で昇圧された過給空気の一部を過給空気供給管７６９を介して排気管７６０に導入し、この過給空気を排気ガスとともにＮＯｘ触媒７６１に導入して、ＮＯｘ触媒７６１を冷却する。
【０１８４】
ＥＣＵ７９０は、ＮＯｘ触媒７６１の触媒床温が所定温度まで低下したと判定したときに、あるいは、過給空気導入によるＮＯｘ触媒冷却処理を実行してから所定時間経過したと判定したときに、流量制御弁７７０を全閉にするべくアクチュエータ７７１を作動させ、ＮＯｘ触媒冷却処理を終了する。
【０１８５】
このようにして過給空気導入によるＮＯｘ触媒冷却処理を実行すると、Ｓ被毒回復完了後のＮＯｘ触媒７６１の触媒床温をＮＯｘ浄化率の高い温度域まで迅速に下げることができ、Ｓ被毒回復完了後の早い時期から排気ガスを高浄化することができる。
【０１８６】
尚、この第２の実施の形態の排気浄化装置においては、下流側Ｏ２センサ７６８を、ＮＯｘ触媒７６１の下流の排気管７６３に設ける代わりに、ＮＯｘ触媒７６１の上流であって過給空気供給管７６９の連結部よりも下流に位置する排気管７６０に設けてもよい。
【０１８７】
〔他の実施の形態〕
前述した第１および第２の実施の形態では、ＮＯｘ触媒６１，７６１の触媒床温として排気ガス温度を代用し、その排気ガス温度を検出する排気温センサ６７，７６７をＮＯｘ触媒６１，７６１の下流に配置したが、排気温センサ７６７はＮＯｘ触媒６１，７６１の上流に配置しても構わない。あるいは、ケーシング６２，７６２に触媒温センサを設け、この触媒温センサで直接にＮＯｘ触媒６１，７６１の触媒床温を検出するようにしても構わない。
【０１８８】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に設けられた三元機能を有する始動時触媒と、（ハ）前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘを放出せしめるＳ被毒回復処理時に前記内燃機関の空燃比を理論空燃比あるいはそれよりもリッチな空燃比にする空燃比制御手段と、（ニ）前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入する二次空気供給手段と、を備え、前記Ｓ被毒回復処理時に前記二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入し、この二次空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に導入するようにしたことにより、Ｓ被毒回復処理実行の間、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒床温をＳＯｘ放出温度以上に保持することができ、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をＳ被毒から効率的に回復させることができるという優れた効果が奏される。
【０１８９】
この内燃機関の排気浄化装置において、前記Ｓ被毒回復処理完了後、所定期間の間、前記二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入するようにした場合には、Ｓ被毒回復完了後の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒床温をＮＯｘ浄化率の高い温度域まで迅速に下げることができ、排気浄化装置の浄化能力を高めることができるという優れた効果が奏される。
【０１９０】
この内燃機関の排気浄化装置において、前記Ｓ被毒回復処理完了後、第１の所定期間の間は、内燃機関を理論空燃比で運転するとともに前記二次空気供給手段による二次空気の供給を停止し、前記第１の所定期間終了後の第２の所定期間の間は、二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入し、この二次空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に導入するようにした場合には、Ｓ被毒回復完了後の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒床温をＮＯｘ浄化率の高い温度域まで迅速に下げることができるとともに、この冷却処理中もＮＯｘ浄化率を高く保持することができ、排気浄化装置の浄化能力を高めることができるという優れた効果が奏される。
【０１９１】
また、本発明に係る別の内燃機関の排気浄化装置によれば、（イ）過給機を備えた希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に設けられた三元機能を有する始動時触媒と、（ハ）前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘを放出せしめるＳ被毒回復処理時に前記内燃機関の空燃比を理論空燃比あるいはそれよりもリッチな空燃比にする空燃比制御手段と、（ニ）前記過給機により加圧された過給空気の一部を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記始動時触媒との間に導入する過給空気供給手段と、を備え、前記Ｓ被毒回復処理時に前記過給空気供給手段によって過給空気の一部を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記始動時触媒との間に導入し、この過給空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に導入するようにしたことにより、Ｓ被毒回復処理実行の間、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒床温をＳＯｘ放出温度以上に保持することができ、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をＳ被毒から効率的に回復させることができるという優れた効果が奏される。
【０１９２】
この内燃機関の排気浄化装置において、前記Ｓ被毒回復処理完了後、所定期間の間、前記過給空気供給手段によって過給空気の一部を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記始動時触媒との間に導入するようにした場合には、Ｓ被毒回復完了後の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒床温をＮＯｘ浄化率の高い温度域まで迅速に下げることができ、排気浄化装置の浄化能力を高めることができるという優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態の概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態の排気浄化装置の要部の斜視図である。
【図３】第１の実施の形態の排気浄化装置の排気冷却促進部の縦断面図である。
【図４】第１の実施の形態におけるＥＣＵの構成図である。
【図５】第１の実施の形態における基本制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】第１の実施の形態におけるＨＣ吸着・パージ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】第１の実施の形態におけるＮＯｘ触媒温度制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】第１の実施の形態におけるＳ被毒回復制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】第１の実施の形態における二次空気制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】第１の実施の形態の排気浄化装置に使用される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率温度特性を示す図である。
【図１１】排気ガスを第１通路あるいは第２通路の一方にだけ流したときの触媒床温と車速との関係を示す図である。
【図１２】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態の概略構成図である。
【図１３】第２の実施の形態におけるＥＣＵの構成図である。
【図１４】第２の実施の形態の排気浄化装置に使用される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率温度特性を示す図である。
【図１５】第２の実施の形態における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫酸塩分解量の温度特性を示す図である。
【符号の説明】
１，７０１ 機関本体
４，７０４ 吸気管
７，７０７ 燃料噴射弁（空燃比制御手段）
８，７０８ エアフロメータ
９，７０９ 排気マニホルド（排気通路）
１０，１４，６３，６６ 排気管（排気通路）
１１，７１１ 上流側Ｏ２センサ
１２，７１２ 始動時触媒
２０ 第１通路（排気通路）
２１ 円管部
２２ 断面変形部
２３ 排気冷却促進部
２４ 断面変形部
２５ 円管部
２６ ＨＣ吸着材
２８ 円管部
４０ 第２通路（排気通路）
５２ 第１排気切替弁
５４ 第２排気切替弁
６０ 合流管（排気管、合流通路）
６１，７６１ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
６４ 三元触媒
６７，７６７ 排気温センサ
６８，７６８ 下流側Ｏ２センサ
６９ 二次空気供給管（二次空気供給手段）
７０ 二次空気供給装置（二次空気供給手段）
９０，７９０ ＥＣＵ（空燃比制御手段）
７１０，７６０，７６３ 排気管（排気通路）
７５０ 過給機
７５１ コンプレッサ
７５２ タービン
７６９ 過給空気供給管（過給空気供給手段）
７７０ 流量制御弁（過給空気供給手段）
７７１ アクチュエータ
Claims (3)
- （イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出・還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流の前記排気通路に設けられた三元機能を有する始動時触媒と、
（ハ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを放出せしめるＳ被毒回復処理時に前記内燃機関の空燃比を理論空燃比あるいはそれよりもリッチな空燃比にする空燃比制御手段と、
（ニ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入する二次空気供給手段と、
を備え、
前記Ｓ被毒回復処理時と処理完了後の所定期間の間とに前記二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入し、この二次空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - （イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出・還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流の前記排気通路に設けられた三元機能を有する始動時触媒と、
（ハ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを放出せしめるＳ被毒回復処理時に前記内燃機関の空燃比を理論空燃比あるいはそれよりもリッチな空燃比にする空燃比制御手段と、
（ニ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入する二次空気供給手段と、
を備え、
前記Ｓ被毒回復処理時に前記二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入することにより、この二次空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入し、前記Ｓ被毒回復処理完了後、第１の所定期間の間は
、内燃機関を理論空燃比で運転するとともに前記二次空気供給手段による二次空気の供給を停止し、前記第１の所定期間終了後の第２の所定期間の間は、二次空気供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯ x 触媒と前記始動時触媒との間に二次空気を導入することにより、この二次空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯ x 触媒に導入することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - （イ）過給機を備えた希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出・還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流の前記排気通路に設けられた三元機能を有する始動時触媒と、
（ハ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを放出せしめるＳ被毒回復処理時に前記内燃機関の空燃比を理論空燃比あるいはそれよりもリッチな空燃比にする空燃比制御手段と、
（ニ）前記過給機により加圧された過給空気の一部を前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に導入する過給空気供給手段と、
を備え、
前記Ｓ被毒回復処理時と処理完了後の所定期間の間とに前記過給空気供給手段によって過給空気の一部を前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記始動時触媒との間に導入し、この過給空気を排気ガスとともに前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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