JP3624747B2 - 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、希薄燃焼可能な内燃機関より排出される排気ガスから窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化することができる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触媒に代表されるＮＯｘ吸収材がある。ＮＯｘ吸収材は、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を放出するものであり、このＮＯｘ吸収材の一種である吸蔵還元型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、ストイキ（理論空燃比）あるいはリッチ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、内燃機関で燃料を燃焼すると、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。前記吸蔵還元型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ＮＯｘ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、分解、放出されにくく触媒内に蓄積され易い傾向がある。ＮＯｘ触媒内のＳＯｘ蓄積量が増大すると、触媒のＮＯｘ吸収容量が減少するためＮＯｘ浄化率が低下する。これが所謂ＳＯｘ被毒である。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能を長期に亘って高く維持するためには、ＮＯｘ触媒に対しＳＯｘ脱離処理を実行し、吸収されているＳＯｘを脱離させる必要があり、このＳＯｘ脱離処理の実行時期が非常に重要になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ＳＯｘ脱離処理実行時期の決定方法の一つとして、ＮＯｘ触媒に所定量のＳＯｘが蓄積されたときとする考え方がある。この場合、従来は、特許番号第２７４５９８５号の特許公報等に開示されているように、ＮＯｘ触媒に吸収されているＳＯｘ蓄積量を、車両の走行距離、あるいは、ＮＯｘ触媒の入口と出口のＮＯｘ濃度差、あるいは、ＮＯｘ触媒の入口と出口の温度差などに基づいて推定していた。つまり、従来は、ＳＯｘに関する直接的なデータに基づいてＳＯｘ脱離処理実行時期を決定していたわけではなかった。
【０００７】
そのため、ＮＯｘ触媒に吸収されているＳＯｘ蓄積量の把握が不十分で、ＳＯｘ脱離処理実行時期が不適切になる虞れがあった。
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、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口の排気ガスのＳＯｘ濃度に基づいてＳＯｘ脱離処理を管理することにより、長期に亘って吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力を高く維持することにある。
【０００８】
【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を放出するＮＯx吸収材と、（ロ）前記ＮＯx吸収材の下流の排気通路に設けられ、排気ガスのＳＯx濃度を検出するＳＯx濃度検出手段と、（ハ）前記ＮＯx吸収材に吸収されたＳＯxを脱離するときに排気ガスの空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空燃比に制御する排気空燃比制御手段と、を備え、前記ＳＯ x 濃度検出手段により検出したＮＯ x 吸収材下流のＳＯ x 濃度が上昇中であって、前記ＮＯ x 吸収材下流のＳＯ x 濃度がＮＯ x 吸収材上流のＳＯ x 濃度に所定値まで接近したときに前記排気空燃比制御手段による空燃比制御を開始することを特徴とする。
【０００９】
ＳＯｘ濃度検出手段によってＮＯｘ吸収材下流のＳＯｘ濃度を検出しているので、ＮＯｘ吸収材のＳＯｘ被毒の進行状態を的確に把握することができる。そして、ＳＯｘ濃度検出手段によって検出されたＳＯｘ濃度に基づいて排気空燃比制御手段を作動しているので、ＮＯｘ吸収材に対して最適なＳＯｘ脱離処理を実行することができる。
【００１０】
本発明における希薄燃焼可能な内燃機関としては、筒内直接噴射式のリーンバーン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。
排気ガスの空燃比とは、機関吸気通路及びＮＯｘ吸収材よりも上流での排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比をいう。
【００１１】
内燃機関がリーンバーンガソリンエンジンの場合には、排気空燃比制御手段は、燃焼室に供給される混合気の空燃比を制御する手段により実行可能である。また、内燃機関がディーゼルエンジンの場合には、排気空燃比制御手段は、吸気行程または膨張行程または排気行程で燃料を噴射する所謂副噴射を制御する手段、あるいは、ＮＯｘ吸収材よりも上流の排気通路内に還元剤を供給制御する手段により実現可能である。
【００１２】
ＮＯｘ吸収材としては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を例示することができる。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、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、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出し、Ｎ２に還元する触媒である。この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、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のような貴金属とが担持されてなる。
【００１５】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記ＳＯx濃度検出手段により検出したＮＯx吸収材下流のＳＯx濃度が上昇中であって、前記ＮＯx吸収材下流のＳＯx濃度がＮＯx吸収材上流のＳＯx濃度に所定値まで接近したときに前記排気空燃比制御手段による空燃比制御を開始するようにしている。ＮＯx吸収材のＳＯx蓄積量が飽和状態に近付くにしたがって、ＮＯx吸収材下流のＳＯx濃度がＮＯx吸収材上流のＳＯx濃度に近付いていくからであり、ＮＯx吸収材のＳＯx蓄積量を算出しなくても、ＳＯx被毒の進行状態を把握することができる。
【００１６】
また、この場合、前記ＮＯｘ吸収材上流のＳＯｘ濃度と前記ＳＯｘ濃度検出手段で検出したＮＯｘ吸収材下流のＳＯｘ濃度の濃度差に基づいて前記ＮＯｘ吸収材に吸収されているＳＯｘ量を算出するＳＯｘ蓄積量算出手段を備え、このＳＯｘ蓄積量算出手段により算出されたＳＯｘ蓄積量が所定量以下のときには、前記排気空燃比制御手段による空燃比制御を禁止するのが好ましい。ＮＯｘ吸収材のＳＯｘ蓄積量が少ない状態で排気空燃比制御手段を作動させても、ＮＯｘ吸収材からＳＯｘを効率的に脱離することができず、還元剤が無駄になるからである。
【００１７】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記ＮＯx吸収材上流のＳＯx濃度と前記ＳＯx濃度検出手段で検出したＮＯx吸収材下流のＳＯx濃度の濃度差に基づいて前記ＮＯx吸収材に吸収されているＳＯx量を算出するＳＯx蓄積量算出手段を備え、このＳＯx蓄積量算出手段により算出されたＳＯx蓄積量の大きさに応じて、前記排気空燃比制御手段の空燃比制御条件を補正してもよい。ＳＯx蓄積量の大きさに応じて最適なＳＯx脱離条件があるからである。ここでいう空燃比制御条件とは、空燃比のリッチ度合やリッチ空燃比継続時間などである。
【００１８】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記ＳＯｘ濃度検出手段により検出したＮＯｘ吸収材下流のＳＯｘ濃度が下降中であって、前記ＮＯｘ吸収材下流のＳＯｘ濃度がＮＯｘ吸収材上流のＳＯｘ濃度に所定値まで接近したときに前記排気空燃比制御手段による空燃比制御を終了するようにすることが可能である。ＮＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離しているとき、ＳＯｘの脱離が完全に完了する前に排気空燃比をリッチからリーンに切り替えても、リーンに切り替わってからしばらくの期間はＮＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離するからである。これにより、ＳＯｘ脱離のための還元剤の使用量を減らすことができる。
【００１９】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ吸収材上流のＳＯｘ濃度は、ＮＯｘ吸収材の上流の排気通路に設けたＳＯｘ濃度検出手段により検出することもできるし、内燃機関の運転状態から推定することも可能である。ＮＯｘ吸収材上流のＳＯｘ濃度も考慮することにより、ＳＯｘ被毒の進行状態をより精度良く把握することができる。
【００２０】
【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８の図面に基いて説明する。
【００２１】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明を希薄燃焼可能な車両用ガソリンエンジンに適用した場合の概略構成を示す図である。この図において、符号１は機関本体、符号２はピストン、符号３は燃焼室、符号４は点火栓、符号５は吸気弁、符号６は吸気ポート、符号７は排気弁、符号８は排気ポートを夫々示す。
【００２２】
吸気ポート６は対応する枝管９を介してサージタンク１０に連結され、各枝管９には夫々吸気ポート６内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１１が取り付けられている。サージタンク１０は吸気ダクト１２およびエアフロメータ２１を介してエアクリーナ１３に連結され、吸気ダクト１２内にはスロットル弁１４が配置されている。
【００２３】
一方、排気ポート８は排気マニホルド１５および排気管１６を介して吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）１７を内蔵したケーシング１８に接続され、ケーシング１８は排気管１９を介して図示しないマフラーに接続されている。尚、以下の説明では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７をＮＯｘ触媒１７と略す。
【００２４】
エンジンコントロール用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向バス３１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）３４、入力ポート３５、出力ポート３６を具備する。エアフロメータ２１は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧がＡＤ変換器３８を介して入力ポート３５に入力される。
【００２５】
ケーシング１８の上流の排気管１６には、ＮＯｘ触媒１７に流入する排気ガスのＳＯｘ濃度に比例した出力電圧を発生する入ガスＳＯｘセンサ（ＮＯｘ吸収材上流のＳＯｘ濃度検出手段）２３が設けられ、ケーシング１８の下流の排気管１９には、ＮＯｘ触媒１７から流出する排気ガスのＳＯｘ濃度に比例した出力電圧を発生する出ガスＳＯｘセンサ（ＮＯｘ吸収材下流のＳＯｘ濃度検出手段）２４が設けられている。これらＳＯｘセンサ２３，２４の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３５に入力される。
【００２６】
ケーシング１８の下流の排気管１９内には排気ガスの温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ２５が取り付けられており、この温度センサ２５の出力電圧が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート３５には機関回転数を表す出力パルスを発生する回転数センサ２６が接続されている。出力ポート３６は対応する駆動回路３９を介して夫々点火栓４および燃料噴射弁１１に接続されている。
【００２７】
このガソリンエンジンでは、例えば次式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
ＴＡＵ＝ＴＰ・Ｋ
ここで、ＴＰは基本燃料噴射時間を示しており、Ｋは補正係数を示している。基本燃料噴射時間ＴＰは機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比とするのに必要な燃料噴射時間を示している。この基本燃料噴射時間ＴＰは予め実験により求められ、機関負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）および機関回転数Ｎの関数として図２に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。補正係数Ｋは機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を制御するための係数であって、Ｋ＝１．０であれば機関シリンダ内に供給される混合気は理論空燃比となる。これに対してＫ＜１．０になれば機関シリンダ内に供給さ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＞１．０になれば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比よりも小さくなり、即ちリッチとなる。
【００２８】
そして、この実施の形態のガソリンエンジンでは、機関低中負荷運転領域では補正係数Ｋの値が１．０よりも小さい値とされてリーン空燃比制御が行われ、機関高負荷運転領域、エンジン始動時の暖機運転時、加速時、高速の定速運転時では補正係数Ｋの値が１．０とされてストイキ制御が行われ、機関全負荷運転領域では補正係数Ｋの値は１．０よりも大きな値とされてリッチ空燃比制御が行われるように設定してある。
【００２９】
内燃機関では通常、低中負荷運転される頻度が最も高く、したがって運転期間中の大部分において補正係数Ｋの値が１．０よりも小さくされて、リーン混合気が燃焼せしめられることになる。
【００３０】
図３は燃焼室３から排出される排気ガス中の代表的な成分の濃度を概略的に示している。この図からわかるように、燃焼室３から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯの濃度は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリッチになるほど増大し、燃焼室３から排出される排気ガス中の酸素Ｏ２の濃度は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。
【００３１】
ケーシング１８内に収容されているＮＯｘ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）１７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のような貴金属とが担持されてなる。
【００３２】
このＮＯｘ触媒１７を機関の排気通路に配置すると、ＮＯｘ触媒１７は、流入する排気ガスの空燃比（以下、排気空燃比ということもある）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。ここで、排気空燃比とは、機関吸気通路およびＮＯｘ触媒１７より上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比をいう。
【００３３】
なお、ＮＯｘ触媒１７より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、排気空燃比は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比に一致し、したがってこの場合には、ＮＯｘ触媒１７は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、燃焼室３内に供給される混合気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出することになる。
【００３４】
ＮＯｘ触媒１７によるＮＯｘの吸放出作用は図４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。以下、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。
【００３５】
まず、流入排気ガスがかなりリーンになると流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、図４（Ａ）に示されるように酸素Ｏ２ がＯ２ −又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガスに含まれるＮＯは、白金Ｐｔの表面上でＯ２ −又はＯ２−と反応し、ＮＯ２ となる（２ＮＯ＋Ｏ２ →２ＮＯ２ ）。
【００３６】
次いで、生成されたＮＯ２の一部は、白金Ｐｔ上で酸化されつつＮＯｘ触媒１７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ＮＯｘ触媒１７内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ触媒１７内に吸収される。
【００３７】
流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ２が生成され、ＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ 吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ２がＮＯｘ触媒１７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ３ −が生成される。
【００３８】
これに対して、流入排気ガス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、ＮＯｘ触媒１７内の硝酸イオンＮＯ３ −がＮＯ２またはＮＯの形でＮＯｘ触媒１７から放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると、ＮＯｘ触媒１７からＮＯｘが放出されることになる。図３に示されるように、流入排気ガスのリーンの度合いが低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって流入排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯｘ触媒１７からＮＯｘが放出されることとなる。
【００３９】
一方、このとき、燃焼室３内に供給される混合気がストイキまたはリッチ空燃比になると、図３に示されるように機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、これら未燃ＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２ −又はＯ２−と反応して酸化せしめられる。
【００４０】
また、排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯｘ触媒１７からＮＯ２またはＮＯが放出され、このＮＯ２またはＮＯは、図４（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元せしめられてＮ２となる。
【００４１】
即ち、流入排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、まず白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２ −又はＯ２−とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２ −又はＯ２−が消費されてもまだＨＣ，ＣＯが残っていれば、このＨＣ，ＣＯによってＮＯｘ触媒１７から放出されたＮＯｘおよび流入排気ガス中のＮＯｘがＮ２に還元せしめられる。
【００４２】
このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ２またはＮＯが存在しなくなると、ＮＯｘ触媒１７から次から次へとＮＯ２またはＮＯが放出され、さらにＮ２に還元せしめられる。したがって、排気空燃比を理論空燃比またはリッチにすると短時間の内にＮＯｘ触媒１７からＮＯｘが放出されることになる。
【００４３】
このように、排気空燃比がリーンになるとＮＯｘがＮＯｘ触媒１７に吸収され、排気空燃比を理論空燃比あるいはリッチにするとＮＯｘがＮＯｘ触媒１７から短時間のうちに放出され、Ｎ２に還元される。したがって、大気中へのＮＯｘの排出を阻止することができる。
【００４４】
ところで、この実施の形態では前述したように、全負荷運転時には燃焼室３内に供給される混合気がリッチとされ、また高負荷運転時等には混合気が理論空燃比とされ、低中負荷運転時には混合気がリーンとされるので、低中負荷運転時に排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒１７に吸収され、全負荷運転時及び高負荷運転時等にＮＯｘ触媒１７からＮＯｘが放出され還元されることになる。しかしながら、全負荷運転あるいは高負荷運転等の頻度が少なく、低中負荷運転の頻度が多くその運転時間が長ければ、ＮＯｘの放出・還元が間に合わなくなり、ＮＯｘ触媒１７のＮＯｘの吸収能力が飽和してＮＯｘを吸収できなくなってしまう。
【００４５】
そこで、この実施の形態では、リーン混合気の燃焼が行われている場合、即ち中低負荷運転を行っているときには、比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にストイキまたはリッチ混合気の燃焼が行われるように混合気の空燃比を制御し、短周期的にＮＯｘの放出・還元を行っている。このようにＮＯｘの吸放出のために、排気空燃比（この実施の形態では混合気の空燃比）が比較的に短い周期で「リーン」と「スパイク的な理論空燃比またはリッチ空燃比（リッチスパイク）」を交互に繰り返されるように制御することを、リーン・リッチスパイク制御と称している。尚、この出願においては、リーン・リッチスパイク制御はリーン空燃比制御に含まれるものとする。
【００４６】
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１７は排気ガス中のこれらＳＯｘも吸収する。ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ吸収メカニズムはＮＯｘ吸収メカニズムと同じであると考えられる。即ち、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を坦持させた場合を例にとって説明すると、前述したように、排気空燃比がリーンのときには、酸素Ｏ２がＯ２ −又はＯ２−の形でＮＯｘ触媒１７の白金Ｐｔの表面に付着しており、流入排気ガス中のＳＯｘ（例えばＳＯ２）は白金Ｐｔの表面上で酸化されてＳＯ３となる。
【００４７】
その後、生成されたＳＯ３は、白金Ｐｔの表面で更に酸化されながらＮＯｘ触媒１７内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合し、硫酸イオンＳＯ４ ２−の形でＮＯｘ触媒１７内に拡散し硫酸塩ＢａＳＯ４を形成する。このＢａＳＯ４は結晶が粗大化し易く、比較的安定し易いため、一旦生成されると分解・脱離されにくい。そして、ＮＯｘ触媒１７中のＢａＳＯ４の生成量が増大するとＮＯｘ触媒１７の吸収に関与できるＢａＯの量が減少してＮＯｘの吸収能力が低下してしまう。これが即ちＳＯｘ被毒である。したがって、ＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ吸収能力を高く維持するためには、適宜のタイミングでＮＯｘ触媒１７に吸収されたＳＯｘを脱離させるＳＯｘ脱離処理を実行する必要がある。
【００４８】
ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘを脱離させるためには、流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にする必要があり、また、ＮＯｘ触媒１７の触媒床温が高いほど脱離し易いことがわかっている。
【００４９】
そして、この実施の形態では、ＳＯｘ脱離処理のために排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にする場合も、燃料噴射弁１１から噴射される燃料量をＥＣＵ３０により制御して燃焼室３に供給される混合気の空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御することにより行う。よって、ＥＣＵ３０と燃料噴射弁１１は排気空燃比制御手段を構成する。
【００５０】
図５は、ＮＯｘの吸放出・還元処理のためにリーン・リッチスパイク制御を行っているときと、ＳＯｘ脱離処理のためにストイキまたはリッチ空燃比制御を行っているときにおける、▲１▼排気空燃比、▲２▼ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量、▲３▼ＮＯｘ触媒１７の上流及び下流のＳＯｘ濃度の経時変化の一例を示している。尚、この図において、ＮＯｘ吸放出・還元処理時の排気空燃比はリッチスパイクを省略してリーン表示しており、また、ＳＯｘ脱離処理時の排気空燃比におけるリッチ表示は理論空燃比を含む概念である。以下、図５を参照してＳＯｘ蓄積量及びＳＯｘ濃度の経時変化を説明する。
【００５１】
（１）ｔ１〜ｔ２
ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量が少ないときにリーン空燃比の排気ガスがＮＯｘ触媒１７に流れると、排気ガス中のＳＯｘがＮＯｘ触媒１７に吸収されるので、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量は経時的に増大していく。また、排気ガス中のＳＯｘがＮＯｘ触媒１７に吸収されている間、ＮＯｘ触媒１７の下流の排気ガス（以下、触媒出ガスという）のＳＯｘ濃度は、ＮＯｘ触媒１７の上流の排気ガス（以下、触媒入ガスという）のＳＯｘ濃度よりも低い。
【００５２】
（２）ｔ２〜ｔ３
ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量が増大してＳＯｘ吸収容量が減少してくると、触媒出ガスのＳＯｘ濃度が触媒入ガスのＳＯｘ濃度に徐々に接近してくる。これは、ＮＯｘ触媒１７で吸収されずにスルーパスするＳＯｘが徐々に増大することを意味し、その結果、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量の増大度合が鈍ってくる。
【００５３】
（３）ｔ３〜ｔ４
ｔ３において、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘを脱離させるために高温・リッチ空燃比制御（空燃比一定）を開始すると、ＮＯｘ触媒１７から脱離したＳＯｘがＮＯｘ触媒１７の下流に流れ出るため、触媒出ガスのＳＯｘ濃度が触媒入ガスのＳＯｘ濃度よりも高くなり、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量は経時的に減少していく。触媒出ガスのＳＯｘ濃度は、高温・リッチ空燃比制御を開始してから所定時間でピークを迎え、その後は徐々に減少していく。
【００５４】
（４）ｔ４〜ｔ５
しかしながら、ｔ４において高温・リッチ空燃比制御を終了し、リーン・リッチスパイク制御に移行した後もしばらくの間は、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘの脱離が続く。このように高温・リッチ空燃比制御終了後もＳＯｘ脱離が続く理由は明らかでないが、この現象に再現性があることは多くの実験結果から明らかである。そして、ｔ５において、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘが脱離しなくなると触媒出ガスのＳＯｘ濃度と触媒入ガスのＳＯｘ濃度が同等になり、このときにＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量が最小になる。
【００５５】
（５）ｔ５〜ｔ６
ｔ５を過ぎると、再び、ＮＯｘ触媒１７にＳＯｘが吸収されるようになり、触媒出ガスのＳＯｘ濃度が触媒入ガスのＳＯｘ濃度よりも徐々に小さくなって、ｔ６において触媒出ガスのＳＯｘ濃度は平衡する。
【００５６】
即ち、触媒出ガスのＳＯｘ濃度と触媒入ガスのＳＯｘ濃度が一致するＣ点は、ＳＯｘ脱離状態からＳＯｘ吸収状態への切り替わりポイントであり、ＮＯｘ触媒１７が排気ガス中のＳＯｘを吸着しているときには、触媒出ガスのＳＯｘ濃度が触媒入ガスのＳＯｘ濃度よりも小さくなり、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘが脱離しているときには、触媒出ガスのＳＯｘ濃度が触媒入ガスのＳＯｘ濃度よりも大きくなる。
【００５７】
そして、触媒出ガスのＳＯｘ濃度が触媒入ガスのＳＯｘ濃度よりも小さい期間（ｔ０〜ｔ３）において、そのＳＯｘ濃度差に排気ガス量を乗じるとＮＯｘ触媒１７に吸収されたＳＯｘ量が算出され、触媒出ガスのＳＯｘ濃度が触媒入ガスのＳＯｘ濃度よりも大きい期間（ｔ３〜ｔ５）において、そのＳＯｘ濃度差に排気ガス量を乗じるとＮＯｘ触媒１７から脱離したＳＯｘ量が算出されることになる。
【００５８】
そこで、この第１の実施の形態では、ｔ０からＮＯｘ触媒１７に吸収されるＳＯｘ量を算出し、これを積算することによりＳＯｘ蓄積量を算出し、算出されたＳＯｘ蓄積量が所定の上限値に達したときに、高温・リッチ空燃比制御を開始するようにした。そして、高温・リッチ空燃比制御を開始後は、ＮＯｘ触媒１７から脱離されるＳＯｘ量を算出し、これを前記ＳＯｘ蓄積量から順次減算していくことによりＳＯｘ脱離途中におけるＳＯｘ蓄積量を算出し、ＳＯｘ蓄積量が所定の下限値以下になったときに、高温・リッチ空燃比制御を終了するようにした。
【００５９】
このようにすると、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量を正確に把握でき、ＳＯｘ脱離を最適な時期に開始することができ、リッチ空燃比の排気ガスの供給を最適な時期に終了することができる。その結果、ＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ浄化能を長期に亘って高く維持することができるとともに、ＳＯｘ脱離に伴う燃費悪化を低減することができる。
【００６０】
次に、図６を参照して、第１の実施の形態におけるＳＯｘ脱離制御実行ルーチンを説明する。この制御ルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶されており、この制御ルーチンは一定時間毎にＣＰＵ３４によって実行される。
【００６１】
＜ステップ１０１＞
まず、ＥＣＵ３０は、ステップ１０１において、入ガスＳＯｘセンサ２３で検出された触媒入ガスのＳＯｘ濃度（以下、入ガスＳＯｘ濃度と略称することもある）を読み込み、出ガスＳＯｘセンサ２４で検出された触媒出ガスのＳＯｘ濃度（以下、出ガスＳＯｘ濃度と略称することもある）を読み込む。
【００６２】
＜ステップ１０２＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０２に進んで、入ガスＳＯｘ濃度が出ガスＳＯｘ濃度よりも大きいか否か判定する。ステップ１０２における肯定判定はＮＯｘ触媒１７がＳＯｘ吸収中であることを意味し、否定判定はＮＯｘ触媒１７がＳＯｘ脱離中であることを意味する。
【００６３】
＜ステップ１０３＞
ステップ１０２で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ１０３に進み、ＳＯｘ蓄積量を加算する。詳述すると、ステップ１０１で読み込んだ入ガスＳＯｘ濃度から出ガスＳＯｘ濃度を減算してＳＯｘ濃度差を求め、一方、エアフロメータ２１で検出した現時点の吸入空気量を読み込みこれを排気ガス量として、本ルーチンを今回実行してから次回実行するまでの間にＮＯｘ触媒１７に吸収されるＳＯｘ量を算出し、この吸収ＳＯｘ量をＳＯｘカウンタにおいて加算し、現時点のＳＯｘ蓄積量を求める。
【００６４】
＜ステップ１０４＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０４に進み、ＳＯｘ蓄積量が予め設定した上限値を越えているか否か判定する。ステップ１０４で否定判定した場合には、まだ、ＳＯｘ脱離処理を実行すべき時期ではないので、リターンに進む。
【００６５】
＜ステップ１０５＞
ステップ１０４で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ１０５に進み、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘを脱離するために排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御するリッチ空燃比制御を開始する。尚、このリッチ空燃比制御が実行されている間、適宜の手段により、ＮＯｘ触媒１７に対する昇温制御が実行され、ＮＯｘ触媒１７の触媒床温はＳＯｘ脱離に最適な温度に制御される。
【００６６】
＜ステップ１０６＞
リッチ空燃比制御及び昇温制御の実行により、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘが脱離し、出ガスＳＯｘ濃度が入ガスＳＯｘ濃度よりも高くなるため、次回このルーチンを実行したときには、ステップ１０２において否定判定され、ＥＣＵ３０は、ステップ１０６に進み、ＳＯｘ蓄積量を減算する。
【００６７】
詳述すると、ステップ１０１で読み込んだ出ガスＳＯｘ濃度から入ガスＳＯｘ濃度を減算してＳＯｘ濃度差を求め、一方、エアフロメータ２１で検出した現時点の吸入空気量を読み込みこれを排気ガス量として、本ルーチンを今回実行してから次回実行するまでの間にＮＯｘ触媒１７から脱離するＳＯｘ量を算出し、その脱離ＳＯｘ量をＳＯｘカウンタにおいて減算し、現時点のＳＯｘ蓄積量を求める。
【００６８】
＜ステップ１０７＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０７に進み、ＳＯｘ蓄積量が予め設定した下限値以下か否かを判定する。ステップ１０７で否定判定した場合には、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘがまだ十分に脱離していない状態であるのでリターンに進み、リッチ空燃比制御及び昇温制御を続行する。
【００６９】
＜ステップ１０８＞
ステップ１０７で肯定判定した場合には、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘが十分に脱離したので、ＥＣＵ３０は、ステップ１０８に進み、リッチ空燃比制御及び昇温制御を終了する。
【００７０】
この第１の実施の形態において、ＥＣＵ３０による一連の信号処理のうちステップ１０３を実行する部分は、ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）の上流と下流のＳＯｘ濃度差に基づいてＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）に吸収されているＳＯｘ量を算出するＳＯｘ蓄積量算出手段ということができる。
【００７１】
〔第２の実施の形態〕
前述の第１の実施の形態では、ＮＯｘ触媒１７の上流と下流のＳＯｘ濃度差からＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量を算出し、算出されたＳＯｘ蓄積量に基づいて、ＳＯｘ脱離処理のための高温・リッチ空燃比制御の開始時期及び終了時期を判定したが、第２の実施の形態では、ＳＯｘ蓄積量を算出せずに、ＮＯｘ触媒１７の上流と下流のＳＯｘ濃度の比較値に基づいて、高温・リッチ空燃比制御の開始時期及び終了時期を判定するようにした。
【００７２】
前述したように、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量が増大して飽和状態に近付くと、触媒出ガスのＳＯｘ濃度が触媒入ガスのＳＯｘ濃度に近付いてくる（図５においてｔ２〜ｔ３の間）。したがって、出ガスＳＯｘ濃度が入ガスＳＯｘ濃度にどの程度まで接近したかで、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積程度を把握することができる。そこで、この第２の実施の形態では、出ガスＳＯｘ濃度と入ガスＳＯｘ濃度の比が所定の比率（例えば、１：２）になったとき（図５においてＡ部）に、高温・リッチ空燃比制御を開始するようにした。
【００７３】
また、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘが脱離しているとき、ＳＯｘの脱離が完全に完了する前に排気空燃比をリッチからリーンに切り替えても、リーンに切り替わってからしばらくの期間はＮＯｘ触媒１７からＳＯｘが脱離している（図５においてｔ４〜ｔ５の間）。したがって、リッチ空燃比制御を実行しているときに、出ガスＳＯｘ濃度が入ガスＳＯｘ濃度に一致する前に、出ガスＳＯｘ濃度が入ガスＳＯｘ濃度に所定値まで接近したときを高温・リッチ空燃比制御の終了時期とすることができ、また、そうすることによって還元剤の使用量を減らすことができる。そこで、この第２の実施の形態では、出ガスＳＯｘ濃度と入ガスＳＯｘ濃度の比が所定の比率（例えば、２：１）になったとき（図５においてＢ部）に、高温・リッチ空燃比制御を終了するようにした。
【００７４】
このようにすると、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積程度を精度良く把握でき、ＳＯｘ脱離を最適な時期に開始することができる。また、リッチ空燃比の排気ガスの供給を最適な時期に終了することができる。その結果、ＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ浄化能を長期に亘って高く維持することができるとともに、ＳＯｘ脱離に伴う燃費悪化を低減することができる。
【００７５】
次に、図７を参照して、第２の実施の形態におけるＳＯｘ脱離制御実行ルーチンを説明する。この制御ルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶されており、この制御ルーチンは一定時間毎にＣＰＵ３４によって実行される。
【００７６】
＜ステップ２０１＞
まず、ＥＣＵ３０は、ステップ２０１において、入ガスＳＯｘセンサ２３で検出された触媒入ガスのＳＯｘ濃度を読み込み、出ガスＳＯｘセンサ２４で検出された触媒出ガスのＳＯｘ濃度を読み込む。
【００７７】
＜ステップ２０２＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ２０２に進んで、入ガスＳＯｘ濃度が出ガスＳＯｘ濃度よりも大きいか否か判定する。ステップ２０２における肯定判定はＮＯｘ触媒１７がＳＯｘ吸収中であることを意味し、否定判定はＮＯｘ触媒１７がＳＯｘ脱離中であることを意味する。
【００７８】
＜ステップ２０３＞
ステップ２０２で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ２０３に進み、出ガスＳＯｘ濃度が上昇中か否か判定する。図５に示すように、ＮＯｘ触媒１７がＳＯｘ脱離状態からＳＯｘ吸収状態に切り替わった直後は出ガスＳＯｘ濃度が低下していき（ｔ０〜ｔ１）、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量が飽和に近付くにしたがって出ガスＳＯｘ濃度は上昇していく（ｔ２〜ｔ３）。ステップ２０３ではＮＯｘ触媒１７がこのいずれの状態にあるかを判定する。
ステップ２０３において否定判定した場合には、まだＳＯｘ脱離処理の開始時期ではないので、ＥＣＵ３０はリターンに進む。
【００７９】
＜ステップ２０４＞
ステップ２０３において肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ２０４に進み、出ガスＳＯｘ濃度と入ガスＳＯｘ濃度の濃度比αを算出する。
α＝（出ガスＳＯｘ濃度）／（入ガスＳＯｘ濃度）
【００８０】
＜ステップ２０５＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ２０５に進み、ステップ２０４で算出した濃度比αが上限値（例えば、０．５）よりも大きいか否かを判定する。ステップ２０５で否定判定した場合には、まだ、ＳＯｘ脱離処理を実行すべき時期ではないので、ＥＣＵ３０はリターンに進む。
【００８１】
＜ステップ２０６＞
ステップ２０５で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ２０６に進み、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘを脱離するために排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御するリッチ空燃比制御を開始する。尚、このリッチ空燃比制御が実行されている間、適宜の手段により、ＮＯｘ触媒１７に対する昇温制御が実行され、ＮＯｘ触媒１７の触媒床温はＳＯｘ脱離に最適な温度に制御される。
【００８２】
＜ステップ２０７＞
リッチ空燃比制御及び昇温制御の実行により、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘが脱離し、出ガスＳＯｘ濃度が入ガスＳＯｘ濃度よりも高くなるため、次回このルーチンを実行したときには、ステップ２０２において否定判定され、ＥＣＵ３０は、ステップ２０７に進む。
【００８３】
ステップ２０７において、ＥＣＵ３０は、出ガスＳＯｘ濃度が下降中か否か判定する。図５に示すように、リッチ空燃比制御開始からしばらくの間は出ガスＳＯｘ濃度が上昇していき、やがてピーク値を迎え、その後は出ガスＳＯｘ濃度が下降していく（ｔ３〜ｔ４）。ステップ２０７ではＮＯｘ触媒１７がこのいずれの状態にあるかを判定する。
【００８４】
ステップ２０７において否定判定した場合には、まだリッチ空燃比制御を終了すべきではないので、ＥＣＵ３０はリターンに進み、リッチ空燃比制御及び昇温制御を続行する。
【００８５】
＜ステップ２０８＞
ステップ２０７において肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ２０８に進み、出ガスＳＯｘ濃度と入ガスＳＯｘ濃度の濃度比αを算出する。
α＝（出ガスＳＯｘ濃度）／（入ガスＳＯｘ濃度）
【００８６】
＜ステップ２０９＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ２０９に進み、ステップ２０８で算出した濃度比αが下限値（例えば、２）よりも小さいか否かを判定する。ステップ２０９で否定判定した場合には、まだ、リッチ空燃比制御を終了すべきではないので、ＥＣＵ３０はリターンに進み、リッチ空燃比制御及び昇温制御を続行する。
【００８７】
＜ステップ２１０＞
ステップ２０９で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ２１０に進み、ＳＯｘ脱離処理のためのリッチ空燃比制御及び昇温制御を終了する。
【００８８】
〔第３の実施の形態〕
前述の第２の実施の形態では、ＮＯｘ触媒１７の上流と下流のＳＯｘ濃度の濃度比に基づいて、高温・リッチ空燃比制御の開始時期及を判定しているが、ＮＯｘ触媒１７に流入する排気ガスのＳＯｘ濃度が低い場合には、前記ＳＯｘ濃度比が所定の条件を満たしてもＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量としては少ないこともある。このように、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量が少ない状態で高温・リッチ空燃比制御を実行しても、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘが効率的に脱離されず、還元剤が無駄に消費されてしまう。
【００８９】
そこで、この第３の実施の形態では、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量が所定量に達していない場合には、ＳＯｘ脱離処理の実行を禁止し、ＳＯｘ蓄積量が所定量以上であり、且つ、ＮＯｘ触媒１７の上流と下流のＳＯｘ濃度比が所定の条件を満たした場合に限り、ＳＯｘ脱離処理を実行することとした。
【００９０】
次に、図８を参照して、第３の実施の形態におけるＳＯｘ脱離制御実行ルーチンを説明する。この制御ルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶されており、この制御ルーチンは一定時間毎にＣＰＵ３４によって実行される。
【００９１】
＜ステップ３０１〜３０２＞
ステップ３０１，３０２はそれぞれ第２の実施の形態におけるステップ２０１，２０２と同じであるので説明を省略する。
【００９２】
ステップ３０２で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ３０３に進み、ＳＯｘ蓄積量を加算する。詳述すると、ステップ１０１で読み込んだ入ガスＳＯｘ濃度から出ガスＳＯｘ濃度を減算してＳＯｘ濃度差を求め、一方、エアフロメータ２１で検出した現時点の吸入空気量を読み込みこれを排気ガス量として、本ルーチンを今回実行してから次回実行するまでの間にＮＯｘ触媒１７に吸収されるＳＯｘ量を算出し、この吸収ＳＯｘ量をＳＯｘカウンタにおいて加算し、現時点のＳＯｘ蓄積量を求める。
【００９３】
＜ステップ３０４＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ３０４に進み、ＳＯｘ蓄積量が予め設定したＳＯｘ脱離実行下限値を越えているか否か判定する。ステップ３０４で否定判定した場合には、まだ、ＳＯｘ脱離処理を実行すべき時期ではないので、リターンに進む。
【００９４】
＜ステップ３０５〜ステップ３１１＞
ステップ３０４で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ３０５に進む。ステップ３０５からステップ３１１は第２の実施の形態におけるステップ２０４からステップ２１０と同じであるので説明を省略する。
【００９５】
尚、第２の実施の形態における制御ルーチンのステップ２０３に対応する処理が、第３の実施の形態の制御ルーチンにないのは、ステップ３０４においてＳＯｘ蓄積量がＳＯｘ脱離実行下限値以上である時には、出ガスＳＯｘ濃度が下降する期間（図５においてｔ０〜ｔ１）を既に過ぎているはずだからである。
【００９６】
＜ステップ３１２＞
ＥＣＵ３０は、ステップ３１１においてリッチ空燃比制御及び昇温制御を終了した後、ステップ３１２に進み、ＳＯｘカウンタをリセットして本ルーチンを終了する。
【００９７】
この第３の実施の形態において、ＥＣＵ３０による一連の信号処理のうちステップ３０３を実行する部分は、ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）の上流と下流のＳＯｘ濃度差に基づいてＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）に吸収されているＳＯｘ量を算出するＳＯｘ蓄積量算出手段ということができる。
【００９８】
〔他の実施の形態〕
前述の第２、第３の実施の形態では、リッチ空燃比制御及び昇温制御の終了時期の判定を、出ガスＳＯｘ濃度と入ガスＳＯｘ濃度の比αが所定の条件（α＜２）を満たすか否かで行っているが、これに代えて、リッチ空燃比制御を開始してからの経過時間が所定の時間に達したか否かによって前記終了時期を判定してもよい。
【００９９】
また、上述のようにリッチ空燃比制御の終了時期を経過時間で判定する場合には、ＳＯｘ脱離処理開始前までのＳＯｘ蓄積量を算出し、そのＳＯｘ蓄積量の大きさに応じて、リッチ度合やリッチ空燃比継続時間等のＳＯｘ脱離処理条件（排気空燃比制御手段の空燃比制御条件）を補正して、ＳＯｘ脱離処理のためのリッチ空燃比制御を実行することも可能である。
【０１００】
前述の各実施の形態では、ＮＯｘ触媒１７の上流に入ガスＳＯｘセンサ２３を設け、この入ガスＳＯｘセンサ２３によりＮＯｘ触媒１７に流入する排気ガスのＳＯｘ濃度を検出しているが、ＮＯｘ触媒１７に流入する排気ガスのＳＯｘ濃度は燃料量と排気ガス量に依存するので、エンジン運転状態（燃料噴射量、空燃比、吸入空気量、エンジン回転数など）から推定することが可能である。したがって、入ガスＳＯｘセンサ２３を設ける代わりに、エンジン運転状態からＥＣＵ３０により触媒入ガスのＳＯｘ濃度を算出し、推定するようにしてもよい。
【０１０１】
前述した各実施の形態では本発明をガソリンエンジンに適用した例で説明したが、本発明をディーゼルエンジンに適用することができることは勿論である。ディーゼルエンジンの場合は、燃焼室での燃焼がストイキよりもはるかにリーン域で行われるので、通常の機関運転状態ではＮＯｘ触媒１７に流入する排気ガスの空燃比は非常にリーンであり、ＮＯｘ及びＳＯｘの吸収は行われるものの、ＮＯｘ及びＳＯｘの放出が行われることは殆どない。
【０１０２】
また、ガソリンエンジンの場合には、前述したように燃焼室３に供給する混合気をストイキあるいはリッチにすることにより排気空燃比をストイキあるいはリッチにし、排気ガス中の酸素濃度を低下させて、ＮＯｘ触媒１７に吸収されているＮＯｘやＳＯｘを放出させることができるが、ディーゼルエンジンの場合には、燃焼室に供給する混合気をストイキあるいはリッチにすると燃焼の際に煤が発生するなどの問題があり採用することはできない。
【０１０３】
したがって、本発明をディーゼルエンジンに適用する場合、排気空燃比をストイキあるいはリッチにするためには、機関出力を得るために燃料を燃焼するのとは別に、還元剤（例えば燃料である軽油）を排気ガス中に供給する必要がある。排気ガスへの還元剤の供給は、吸気行程や膨張行程や排気行程において気筒内に燃料を副噴射することによっても可能であるし、あるいは、ＮＯｘ触媒１７の上流の排気通路内に還元剤を供給することによっても可能である。
【０１０４】
尚、ディーゼルエンジンであっても排気再循環装置（所謂、ＥＧＲ装置）を備えている場合には、排気再循環ガスを多量に燃焼室に導入することによって、排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にすることが可能である。
【０１０５】
【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ＮＯｘ吸収材と、（ロ）前記ＮＯｘ吸収材の下流の排気通路に設けられたＳＯｘ濃度検出手段と、（ハ）前記ＮＯｘ吸収材に吸収されたＳＯｘを脱離するときに排気ガスの空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空燃比に制御する排気空燃比制御手段と、を備え、前記ＳＯｘ濃度検出手段により検出されたＮＯｘ吸収材下流のＳＯｘ濃度に基づいて前記排気空燃比制御手段を作動するようにしたことにより、ＮＯｘ吸収材のＳＯｘ被毒の進行状態を的確に把握することができ、ＮＯｘ吸収材に対して最適なＳＯｘ脱離処理を実行することができる。
【０１０６】
ＳＯｘ濃度検出手段により検出したＮＯｘ吸収材下流のＳＯｘ濃度が下降中であって、ＮＯｘ吸収材下流のＳＯｘ濃度がＮＯｘ吸収材上流のＳＯｘ濃度に所定値まで接近したときに前記排気空燃比制御手段による空燃比制御を終了するようにした場合には、ＳＯｘ脱離のための還元剤の使用量を減らすことができ、その結果、ＳＯｘ脱離処理に起因する燃費悪化を低減することができる。
【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】基本燃料噴射時間のマップの一例を示す図である。
【図３】機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。
【図４】吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸放出作用を説明するための図である。
【図５】排気空燃比、ＮＯｘ触媒のＳＯｘ蓄積量、及び、ＮＯｘ触媒上流と下流のＳＯｘ濃度の経時変化を示す図である。
【図６】前記第１の実施の形態におけるＳＯｘ脱離制御実行ルーチンである。
【図７】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態におけるＳＯｘ脱離制御実行ルーチンである。
【図８】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第３の実施の形態におけるＳＯｘ脱離制御実行ルーチンである。
【符号の説明】
１ エンジン本体（内燃機関）
３ 燃焼室
４ 点火栓
１１ 燃料噴射弁（排気空燃比制御手段）
１６ 排気管（排気通路）
１７ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）
１８ ケーシング
１９ 排気管（排気通路）
２３ 入ガスＳＯｘセンサ（ＮＯｘ吸収材上流のＳＯｘ濃度検出手段）
２４ 出ガスＳＯｘセンサ（ＮＯｘ吸収材下流のＳＯｘ濃度検出手段）
３０ ＥＣＵ（排気空燃比制御手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、希薄燃焼可能な内燃機関より排出される排気ガスから窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化することができる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触媒に代表されるＮＯｘ吸収材がある。ＮＯｘ吸収材は、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を放出するものであり、このＮＯｘ吸収材の一種である吸蔵還元型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、ストイキ（理論空燃比）あるいはリッチ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、内燃機関で燃料を燃焼すると、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。前記吸蔵還元型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ＮＯｘ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、分解、放出されにくく触媒内に蓄積され易い傾向がある。ＮＯｘ触媒内のＳＯｘ蓄積量が増大すると、触媒のＮＯｘ吸収容量が減少するためＮＯｘ浄化率が低下する。これが所謂ＳＯｘ被毒である。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能を長期に亘って高く維持するためには、ＮＯｘ触媒に対しＳＯｘ脱離処理を実行し、吸収されているＳＯｘを脱離させる必要があり、このＳＯｘ脱離処理の実行時期が非常に重要になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ＳＯｘ脱離処理実行時期の決定方法の一つとして、ＮＯｘ触媒に所定量のＳＯｘが蓄積されたときとする考え方がある。この場合、従来は、特許番号第２７４５９８５号の特許公報等に開示されているように、ＮＯｘ触媒に吸収されているＳＯｘ蓄積量を、車両の走行距離、あるいは、ＮＯｘ触媒の入口と出口のＮＯｘ濃度差、あるいは、ＮＯｘ触媒の入口と出口の温度差などに基づいて推定していた。つまり、従来は、ＳＯｘに関する直接的なデータに基づいてＳＯｘ脱離処理実行時期を決定していたわけではなかった。
【０００７】
そのため、ＮＯｘ触媒に吸収されているＳＯｘ蓄積量の把握が不十分で、ＳＯｘ脱離処理実行時期が不適切になる虞れがあった。
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、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口の排気ガスのＳＯｘ濃度に基づいてＳＯｘ脱離処理を管理することにより、長期に亘って吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力を高く維持することにある。
【０００８】
【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を放出するＮＯx吸収材と、（ロ）前記ＮＯx吸収材の下流の排気通路に設けられ、排気ガスのＳＯx濃度を検出するＳＯx濃度検出手段と、（ハ）前記ＮＯx吸収材に吸収されたＳＯxを脱離するときに排気ガスの空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空燃比に制御する排気空燃比制御手段と、を備え、前記ＳＯ x 濃度検出手段により検出したＮＯ x 吸収材下流のＳＯ x 濃度が上昇中であって、前記ＮＯ x 吸収材下流のＳＯ x 濃度がＮＯ x 吸収材上流のＳＯ x 濃度に所定値まで接近したときに前記排気空燃比制御手段による空燃比制御を開始することを特徴とする。
【０００９】
ＳＯｘ濃度検出手段によってＮＯｘ吸収材下流のＳＯｘ濃度を検出しているので、ＮＯｘ吸収材のＳＯｘ被毒の進行状態を的確に把握することができる。そして、ＳＯｘ濃度検出手段によって検出されたＳＯｘ濃度に基づいて排気空燃比制御手段を作動しているので、ＮＯｘ吸収材に対して最適なＳＯｘ脱離処理を実行することができる。
【００１０】
本発明における希薄燃焼可能な内燃機関としては、筒内直接噴射式のリーンバーン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。
排気ガスの空燃比とは、機関吸気通路及びＮＯｘ吸収材よりも上流での排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比をいう。
【００１１】
内燃機関がリーンバーンガソリンエンジンの場合には、排気空燃比制御手段は、燃焼室に供給される混合気の空燃比を制御する手段により実行可能である。また、内燃機関がディーゼルエンジンの場合には、排気空燃比制御手段は、吸気行程または膨張行程または排気行程で燃料を噴射する所謂副噴射を制御する手段、あるいは、ＮＯｘ吸収材よりも上流の排気通路内に還元剤を供給制御する手段により実現可能である。
【００１２】
ＮＯｘ吸収材としては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を例示することができる。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、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、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出し、Ｎ２に還元する触媒である。この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、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のような貴金属とが担持されてなる。
【００１５】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記ＳＯx濃度検出手段により検出したＮＯx吸収材下流のＳＯx濃度が上昇中であって、前記ＮＯx吸収材下流のＳＯx濃度がＮＯx吸収材上流のＳＯx濃度に所定値まで接近したときに前記排気空燃比制御手段による空燃比制御を開始するようにしている。ＮＯx吸収材のＳＯx蓄積量が飽和状態に近付くにしたがって、ＮＯx吸収材下流のＳＯx濃度がＮＯx吸収材上流のＳＯx濃度に近付いていくからであり、ＮＯx吸収材のＳＯx蓄積量を算出しなくても、ＳＯx被毒の進行状態を把握することができる。
【００１６】
また、この場合、前記ＮＯｘ吸収材上流のＳＯｘ濃度と前記ＳＯｘ濃度検出手段で検出したＮＯｘ吸収材下流のＳＯｘ濃度の濃度差に基づいて前記ＮＯｘ吸収材に吸収されているＳＯｘ量を算出するＳＯｘ蓄積量算出手段を備え、このＳＯｘ蓄積量算出手段により算出されたＳＯｘ蓄積量が所定量以下のときには、前記排気空燃比制御手段による空燃比制御を禁止するのが好ましい。ＮＯｘ吸収材のＳＯｘ蓄積量が少ない状態で排気空燃比制御手段を作動させても、ＮＯｘ吸収材からＳＯｘを効率的に脱離することができず、還元剤が無駄になるからである。
【００１７】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記ＮＯx吸収材上流のＳＯx濃度と前記ＳＯx濃度検出手段で検出したＮＯx吸収材下流のＳＯx濃度の濃度差に基づいて前記ＮＯx吸収材に吸収されているＳＯx量を算出するＳＯx蓄積量算出手段を備え、このＳＯx蓄積量算出手段により算出されたＳＯx蓄積量の大きさに応じて、前記排気空燃比制御手段の空燃比制御条件を補正してもよい。ＳＯx蓄積量の大きさに応じて最適なＳＯx脱離条件があるからである。ここでいう空燃比制御条件とは、空燃比のリッチ度合やリッチ空燃比継続時間などである。
【００１８】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記ＳＯｘ濃度検出手段により検出したＮＯｘ吸収材下流のＳＯｘ濃度が下降中であって、前記ＮＯｘ吸収材下流のＳＯｘ濃度がＮＯｘ吸収材上流のＳＯｘ濃度に所定値まで接近したときに前記排気空燃比制御手段による空燃比制御を終了するようにすることが可能である。ＮＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離しているとき、ＳＯｘの脱離が完全に完了する前に排気空燃比をリッチからリーンに切り替えても、リーンに切り替わってからしばらくの期間はＮＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離するからである。これにより、ＳＯｘ脱離のための還元剤の使用量を減らすことができる。
【００１９】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ吸収材上流のＳＯｘ濃度は、ＮＯｘ吸収材の上流の排気通路に設けたＳＯｘ濃度検出手段により検出することもできるし、内燃機関の運転状態から推定することも可能である。ＮＯｘ吸収材上流のＳＯｘ濃度も考慮することにより、ＳＯｘ被毒の進行状態をより精度良く把握することができる。
【００２０】
【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８の図面に基いて説明する。
【００２１】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明を希薄燃焼可能な車両用ガソリンエンジンに適用した場合の概略構成を示す図である。この図において、符号１は機関本体、符号２はピストン、符号３は燃焼室、符号４は点火栓、符号５は吸気弁、符号６は吸気ポート、符号７は排気弁、符号８は排気ポートを夫々示す。
【００２２】
吸気ポート６は対応する枝管９を介してサージタンク１０に連結され、各枝管９には夫々吸気ポート６内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１１が取り付けられている。サージタンク１０は吸気ダクト１２およびエアフロメータ２１を介してエアクリーナ１３に連結され、吸気ダクト１２内にはスロットル弁１４が配置されている。
【００２３】
一方、排気ポート８は排気マニホルド１５および排気管１６を介して吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）１７を内蔵したケーシング１８に接続され、ケーシング１８は排気管１９を介して図示しないマフラーに接続されている。尚、以下の説明では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７をＮＯｘ触媒１７と略す。
【００２４】
エンジンコントロール用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向バス３１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）３４、入力ポート３５、出力ポート３６を具備する。エアフロメータ２１は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧がＡＤ変換器３８を介して入力ポート３５に入力される。
【００２５】
ケーシング１８の上流の排気管１６には、ＮＯｘ触媒１７に流入する排気ガスのＳＯｘ濃度に比例した出力電圧を発生する入ガスＳＯｘセンサ（ＮＯｘ吸収材上流のＳＯｘ濃度検出手段）２３が設けられ、ケーシング１８の下流の排気管１９には、ＮＯｘ触媒１７から流出する排気ガスのＳＯｘ濃度に比例した出力電圧を発生する出ガスＳＯｘセンサ（ＮＯｘ吸収材下流のＳＯｘ濃度検出手段）２４が設けられている。これらＳＯｘセンサ２３，２４の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３５に入力される。
【００２６】
ケーシング１８の下流の排気管１９内には排気ガスの温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ２５が取り付けられており、この温度センサ２５の出力電圧が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート３５には機関回転数を表す出力パルスを発生する回転数センサ２６が接続されている。出力ポート３６は対応する駆動回路３９を介して夫々点火栓４および燃料噴射弁１１に接続されている。
【００２７】
このガソリンエンジンでは、例えば次式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
ＴＡＵ＝ＴＰ・Ｋ
ここで、ＴＰは基本燃料噴射時間を示しており、Ｋは補正係数を示している。基本燃料噴射時間ＴＰは機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比とするのに必要な燃料噴射時間を示している。この基本燃料噴射時間ＴＰは予め実験により求められ、機関負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）および機関回転数Ｎの関数として図２に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。補正係数Ｋは機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を制御するための係数であって、Ｋ＝１．０であれば機関シリンダ内に供給される混合気は理論空燃比となる。これに対してＫ＜１．０になれば機関シリンダ内に供給さ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＞１．０になれば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比よりも小さくなり、即ちリッチとなる。
【００２８】
そして、この実施の形態のガソリンエンジンでは、機関低中負荷運転領域では補正係数Ｋの値が１．０よりも小さい値とされてリーン空燃比制御が行われ、機関高負荷運転領域、エンジン始動時の暖機運転時、加速時、高速の定速運転時では補正係数Ｋの値が１．０とされてストイキ制御が行われ、機関全負荷運転領域では補正係数Ｋの値は１．０よりも大きな値とされてリッチ空燃比制御が行われるように設定してある。
【００２９】
内燃機関では通常、低中負荷運転される頻度が最も高く、したがって運転期間中の大部分において補正係数Ｋの値が１．０よりも小さくされて、リーン混合気が燃焼せしめられることになる。
【００３０】
図３は燃焼室３から排出される排気ガス中の代表的な成分の濃度を概略的に示している。この図からわかるように、燃焼室３から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯの濃度は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリッチになるほど増大し、燃焼室３から排出される排気ガス中の酸素Ｏ２の濃度は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。
【００３１】
ケーシング１８内に収容されているＮＯｘ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）１７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のような貴金属とが担持されてなる。
【００３２】
このＮＯｘ触媒１７を機関の排気通路に配置すると、ＮＯｘ触媒１７は、流入する排気ガスの空燃比（以下、排気空燃比ということもある）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。ここで、排気空燃比とは、機関吸気通路およびＮＯｘ触媒１７より上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比をいう。
【００３３】
なお、ＮＯｘ触媒１７より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、排気空燃比は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比に一致し、したがってこの場合には、ＮＯｘ触媒１７は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、燃焼室３内に供給される混合気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出することになる。
【００３４】
ＮＯｘ触媒１７によるＮＯｘの吸放出作用は図４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。以下、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。
【００３５】
まず、流入排気ガスがかなりリーンになると流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、図４（Ａ）に示されるように酸素Ｏ２ がＯ２ −又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガスに含まれるＮＯは、白金Ｐｔの表面上でＯ２ −又はＯ２−と反応し、ＮＯ２ となる（２ＮＯ＋Ｏ２ →２ＮＯ２ ）。
【００３６】
次いで、生成されたＮＯ２の一部は、白金Ｐｔ上で酸化されつつＮＯｘ触媒１７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ＮＯｘ触媒１７内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ触媒１７内に吸収される。
【００３７】
流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ２が生成され、ＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ 吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ２がＮＯｘ触媒１７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ３ −が生成される。
【００３８】
これに対して、流入排気ガス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、ＮＯｘ触媒１７内の硝酸イオンＮＯ３ −がＮＯ２またはＮＯの形でＮＯｘ触媒１７から放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると、ＮＯｘ触媒１７からＮＯｘが放出されることになる。図３に示されるように、流入排気ガスのリーンの度合いが低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって流入排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯｘ触媒１７からＮＯｘが放出されることとなる。
【００３９】
一方、このとき、燃焼室３内に供給される混合気がストイキまたはリッチ空燃比になると、図３に示されるように機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、これら未燃ＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２ −又はＯ２−と反応して酸化せしめられる。
【００４０】
また、排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯｘ触媒１７からＮＯ２またはＮＯが放出され、このＮＯ２またはＮＯは、図４（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元せしめられてＮ２となる。
【００４１】
即ち、流入排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、まず白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２ −又はＯ２−とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２ −又はＯ２−が消費されてもまだＨＣ，ＣＯが残っていれば、このＨＣ，ＣＯによってＮＯｘ触媒１７から放出されたＮＯｘおよび流入排気ガス中のＮＯｘがＮ２に還元せしめられる。
【００４２】
このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ２またはＮＯが存在しなくなると、ＮＯｘ触媒１７から次から次へとＮＯ２またはＮＯが放出され、さらにＮ２に還元せしめられる。したがって、排気空燃比を理論空燃比またはリッチにすると短時間の内にＮＯｘ触媒１７からＮＯｘが放出されることになる。
【００４３】
このように、排気空燃比がリーンになるとＮＯｘがＮＯｘ触媒１７に吸収され、排気空燃比を理論空燃比あるいはリッチにするとＮＯｘがＮＯｘ触媒１７から短時間のうちに放出され、Ｎ２に還元される。したがって、大気中へのＮＯｘの排出を阻止することができる。
【００４４】
ところで、この実施の形態では前述したように、全負荷運転時には燃焼室３内に供給される混合気がリッチとされ、また高負荷運転時等には混合気が理論空燃比とされ、低中負荷運転時には混合気がリーンとされるので、低中負荷運転時に排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒１７に吸収され、全負荷運転時及び高負荷運転時等にＮＯｘ触媒１７からＮＯｘが放出され還元されることになる。しかしながら、全負荷運転あるいは高負荷運転等の頻度が少なく、低中負荷運転の頻度が多くその運転時間が長ければ、ＮＯｘの放出・還元が間に合わなくなり、ＮＯｘ触媒１７のＮＯｘの吸収能力が飽和してＮＯｘを吸収できなくなってしまう。
【００４５】
そこで、この実施の形態では、リーン混合気の燃焼が行われている場合、即ち中低負荷運転を行っているときには、比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にストイキまたはリッチ混合気の燃焼が行われるように混合気の空燃比を制御し、短周期的にＮＯｘの放出・還元を行っている。このようにＮＯｘの吸放出のために、排気空燃比（この実施の形態では混合気の空燃比）が比較的に短い周期で「リーン」と「スパイク的な理論空燃比またはリッチ空燃比（リッチスパイク）」を交互に繰り返されるように制御することを、リーン・リッチスパイク制御と称している。尚、この出願においては、リーン・リッチスパイク制御はリーン空燃比制御に含まれるものとする。
【００４６】
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１７は排気ガス中のこれらＳＯｘも吸収する。ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ吸収メカニズムはＮＯｘ吸収メカニズムと同じであると考えられる。即ち、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を坦持させた場合を例にとって説明すると、前述したように、排気空燃比がリーンのときには、酸素Ｏ２がＯ２ −又はＯ２−の形でＮＯｘ触媒１７の白金Ｐｔの表面に付着しており、流入排気ガス中のＳＯｘ（例えばＳＯ２）は白金Ｐｔの表面上で酸化されてＳＯ３となる。
【００４７】
その後、生成されたＳＯ３は、白金Ｐｔの表面で更に酸化されながらＮＯｘ触媒１７内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合し、硫酸イオンＳＯ４ ２−の形でＮＯｘ触媒１７内に拡散し硫酸塩ＢａＳＯ４を形成する。このＢａＳＯ４は結晶が粗大化し易く、比較的安定し易いため、一旦生成されると分解・脱離されにくい。そして、ＮＯｘ触媒１７中のＢａＳＯ４の生成量が増大するとＮＯｘ触媒１７の吸収に関与できるＢａＯの量が減少してＮＯｘの吸収能力が低下してしまう。これが即ちＳＯｘ被毒である。したがって、ＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ吸収能力を高く維持するためには、適宜のタイミングでＮＯｘ触媒１７に吸収されたＳＯｘを脱離させるＳＯｘ脱離処理を実行する必要がある。
【００４８】
ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘを脱離させるためには、流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にする必要があり、また、ＮＯｘ触媒１７の触媒床温が高いほど脱離し易いことがわかっている。
【００４９】
そして、この実施の形態では、ＳＯｘ脱離処理のために排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にする場合も、燃料噴射弁１１から噴射される燃料量をＥＣＵ３０により制御して燃焼室３に供給される混合気の空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御することにより行う。よって、ＥＣＵ３０と燃料噴射弁１１は排気空燃比制御手段を構成する。
【００５０】
図５は、ＮＯｘの吸放出・還元処理のためにリーン・リッチスパイク制御を行っているときと、ＳＯｘ脱離処理のためにストイキまたはリッチ空燃比制御を行っているときにおける、▲１▼排気空燃比、▲２▼ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量、▲３▼ＮＯｘ触媒１７の上流及び下流のＳＯｘ濃度の経時変化の一例を示している。尚、この図において、ＮＯｘ吸放出・還元処理時の排気空燃比はリッチスパイクを省略してリーン表示しており、また、ＳＯｘ脱離処理時の排気空燃比におけるリッチ表示は理論空燃比を含む概念である。以下、図５を参照してＳＯｘ蓄積量及びＳＯｘ濃度の経時変化を説明する。
【００５１】
（１）ｔ１〜ｔ２
ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量が少ないときにリーン空燃比の排気ガスがＮＯｘ触媒１７に流れると、排気ガス中のＳＯｘがＮＯｘ触媒１７に吸収されるので、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量は経時的に増大していく。また、排気ガス中のＳＯｘがＮＯｘ触媒１７に吸収されている間、ＮＯｘ触媒１７の下流の排気ガス（以下、触媒出ガスという）のＳＯｘ濃度は、ＮＯｘ触媒１７の上流の排気ガス（以下、触媒入ガスという）のＳＯｘ濃度よりも低い。
【００５２】
（２）ｔ２〜ｔ３
ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量が増大してＳＯｘ吸収容量が減少してくると、触媒出ガスのＳＯｘ濃度が触媒入ガスのＳＯｘ濃度に徐々に接近してくる。これは、ＮＯｘ触媒１７で吸収されずにスルーパスするＳＯｘが徐々に増大することを意味し、その結果、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量の増大度合が鈍ってくる。
【００５３】
（３）ｔ３〜ｔ４
ｔ３において、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘを脱離させるために高温・リッチ空燃比制御（空燃比一定）を開始すると、ＮＯｘ触媒１７から脱離したＳＯｘがＮＯｘ触媒１７の下流に流れ出るため、触媒出ガスのＳＯｘ濃度が触媒入ガスのＳＯｘ濃度よりも高くなり、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量は経時的に減少していく。触媒出ガスのＳＯｘ濃度は、高温・リッチ空燃比制御を開始してから所定時間でピークを迎え、その後は徐々に減少していく。
【００５４】
（４）ｔ４〜ｔ５
しかしながら、ｔ４において高温・リッチ空燃比制御を終了し、リーン・リッチスパイク制御に移行した後もしばらくの間は、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘの脱離が続く。このように高温・リッチ空燃比制御終了後もＳＯｘ脱離が続く理由は明らかでないが、この現象に再現性があることは多くの実験結果から明らかである。そして、ｔ５において、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘが脱離しなくなると触媒出ガスのＳＯｘ濃度と触媒入ガスのＳＯｘ濃度が同等になり、このときにＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量が最小になる。
【００５５】
（５）ｔ５〜ｔ６
ｔ５を過ぎると、再び、ＮＯｘ触媒１７にＳＯｘが吸収されるようになり、触媒出ガスのＳＯｘ濃度が触媒入ガスのＳＯｘ濃度よりも徐々に小さくなって、ｔ６において触媒出ガスのＳＯｘ濃度は平衡する。
【００５６】
即ち、触媒出ガスのＳＯｘ濃度と触媒入ガスのＳＯｘ濃度が一致するＣ点は、ＳＯｘ脱離状態からＳＯｘ吸収状態への切り替わりポイントであり、ＮＯｘ触媒１７が排気ガス中のＳＯｘを吸着しているときには、触媒出ガスのＳＯｘ濃度が触媒入ガスのＳＯｘ濃度よりも小さくなり、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘが脱離しているときには、触媒出ガスのＳＯｘ濃度が触媒入ガスのＳＯｘ濃度よりも大きくなる。
【００５７】
そして、触媒出ガスのＳＯｘ濃度が触媒入ガスのＳＯｘ濃度よりも小さい期間（ｔ０〜ｔ３）において、そのＳＯｘ濃度差に排気ガス量を乗じるとＮＯｘ触媒１７に吸収されたＳＯｘ量が算出され、触媒出ガスのＳＯｘ濃度が触媒入ガスのＳＯｘ濃度よりも大きい期間（ｔ３〜ｔ５）において、そのＳＯｘ濃度差に排気ガス量を乗じるとＮＯｘ触媒１７から脱離したＳＯｘ量が算出されることになる。
【００５８】
そこで、この第１の実施の形態では、ｔ０からＮＯｘ触媒１７に吸収されるＳＯｘ量を算出し、これを積算することによりＳＯｘ蓄積量を算出し、算出されたＳＯｘ蓄積量が所定の上限値に達したときに、高温・リッチ空燃比制御を開始するようにした。そして、高温・リッチ空燃比制御を開始後は、ＮＯｘ触媒１７から脱離されるＳＯｘ量を算出し、これを前記ＳＯｘ蓄積量から順次減算していくことによりＳＯｘ脱離途中におけるＳＯｘ蓄積量を算出し、ＳＯｘ蓄積量が所定の下限値以下になったときに、高温・リッチ空燃比制御を終了するようにした。
【００５９】
このようにすると、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量を正確に把握でき、ＳＯｘ脱離を最適な時期に開始することができ、リッチ空燃比の排気ガスの供給を最適な時期に終了することができる。その結果、ＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ浄化能を長期に亘って高く維持することができるとともに、ＳＯｘ脱離に伴う燃費悪化を低減することができる。
【００６０】
次に、図６を参照して、第１の実施の形態におけるＳＯｘ脱離制御実行ルーチンを説明する。この制御ルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶されており、この制御ルーチンは一定時間毎にＣＰＵ３４によって実行される。
【００６１】
＜ステップ１０１＞
まず、ＥＣＵ３０は、ステップ１０１において、入ガスＳＯｘセンサ２３で検出された触媒入ガスのＳＯｘ濃度（以下、入ガスＳＯｘ濃度と略称することもある）を読み込み、出ガスＳＯｘセンサ２４で検出された触媒出ガスのＳＯｘ濃度（以下、出ガスＳＯｘ濃度と略称することもある）を読み込む。
【００６２】
＜ステップ１０２＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０２に進んで、入ガスＳＯｘ濃度が出ガスＳＯｘ濃度よりも大きいか否か判定する。ステップ１０２における肯定判定はＮＯｘ触媒１７がＳＯｘ吸収中であることを意味し、否定判定はＮＯｘ触媒１７がＳＯｘ脱離中であることを意味する。
【００６３】
＜ステップ１０３＞
ステップ１０２で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ１０３に進み、ＳＯｘ蓄積量を加算する。詳述すると、ステップ１０１で読み込んだ入ガスＳＯｘ濃度から出ガスＳＯｘ濃度を減算してＳＯｘ濃度差を求め、一方、エアフロメータ２１で検出した現時点の吸入空気量を読み込みこれを排気ガス量として、本ルーチンを今回実行してから次回実行するまでの間にＮＯｘ触媒１７に吸収されるＳＯｘ量を算出し、この吸収ＳＯｘ量をＳＯｘカウンタにおいて加算し、現時点のＳＯｘ蓄積量を求める。
【００６４】
＜ステップ１０４＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０４に進み、ＳＯｘ蓄積量が予め設定した上限値を越えているか否か判定する。ステップ１０４で否定判定した場合には、まだ、ＳＯｘ脱離処理を実行すべき時期ではないので、リターンに進む。
【００６５】
＜ステップ１０５＞
ステップ１０４で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ１０５に進み、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘを脱離するために排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御するリッチ空燃比制御を開始する。尚、このリッチ空燃比制御が実行されている間、適宜の手段により、ＮＯｘ触媒１７に対する昇温制御が実行され、ＮＯｘ触媒１７の触媒床温はＳＯｘ脱離に最適な温度に制御される。
【００６６】
＜ステップ１０６＞
リッチ空燃比制御及び昇温制御の実行により、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘが脱離し、出ガスＳＯｘ濃度が入ガスＳＯｘ濃度よりも高くなるため、次回このルーチンを実行したときには、ステップ１０２において否定判定され、ＥＣＵ３０は、ステップ１０６に進み、ＳＯｘ蓄積量を減算する。
【００６７】
詳述すると、ステップ１０１で読み込んだ出ガスＳＯｘ濃度から入ガスＳＯｘ濃度を減算してＳＯｘ濃度差を求め、一方、エアフロメータ２１で検出した現時点の吸入空気量を読み込みこれを排気ガス量として、本ルーチンを今回実行してから次回実行するまでの間にＮＯｘ触媒１７から脱離するＳＯｘ量を算出し、その脱離ＳＯｘ量をＳＯｘカウンタにおいて減算し、現時点のＳＯｘ蓄積量を求める。
【００６８】
＜ステップ１０７＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０７に進み、ＳＯｘ蓄積量が予め設定した下限値以下か否かを判定する。ステップ１０７で否定判定した場合には、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘがまだ十分に脱離していない状態であるのでリターンに進み、リッチ空燃比制御及び昇温制御を続行する。
【００６９】
＜ステップ１０８＞
ステップ１０７で肯定判定した場合には、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘが十分に脱離したので、ＥＣＵ３０は、ステップ１０８に進み、リッチ空燃比制御及び昇温制御を終了する。
【００７０】
この第１の実施の形態において、ＥＣＵ３０による一連の信号処理のうちステップ１０３を実行する部分は、ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）の上流と下流のＳＯｘ濃度差に基づいてＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）に吸収されているＳＯｘ量を算出するＳＯｘ蓄積量算出手段ということができる。
【００７１】
〔第２の実施の形態〕
前述の第１の実施の形態では、ＮＯｘ触媒１７の上流と下流のＳＯｘ濃度差からＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量を算出し、算出されたＳＯｘ蓄積量に基づいて、ＳＯｘ脱離処理のための高温・リッチ空燃比制御の開始時期及び終了時期を判定したが、第２の実施の形態では、ＳＯｘ蓄積量を算出せずに、ＮＯｘ触媒１７の上流と下流のＳＯｘ濃度の比較値に基づいて、高温・リッチ空燃比制御の開始時期及び終了時期を判定するようにした。
【００７２】
前述したように、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量が増大して飽和状態に近付くと、触媒出ガスのＳＯｘ濃度が触媒入ガスのＳＯｘ濃度に近付いてくる（図５においてｔ２〜ｔ３の間）。したがって、出ガスＳＯｘ濃度が入ガスＳＯｘ濃度にどの程度まで接近したかで、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積程度を把握することができる。そこで、この第２の実施の形態では、出ガスＳＯｘ濃度と入ガスＳＯｘ濃度の比が所定の比率（例えば、１：２）になったとき（図５においてＡ部）に、高温・リッチ空燃比制御を開始するようにした。
【００７３】
また、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘが脱離しているとき、ＳＯｘの脱離が完全に完了する前に排気空燃比をリッチからリーンに切り替えても、リーンに切り替わってからしばらくの期間はＮＯｘ触媒１７からＳＯｘが脱離している（図５においてｔ４〜ｔ５の間）。したがって、リッチ空燃比制御を実行しているときに、出ガスＳＯｘ濃度が入ガスＳＯｘ濃度に一致する前に、出ガスＳＯｘ濃度が入ガスＳＯｘ濃度に所定値まで接近したときを高温・リッチ空燃比制御の終了時期とすることができ、また、そうすることによって還元剤の使用量を減らすことができる。そこで、この第２の実施の形態では、出ガスＳＯｘ濃度と入ガスＳＯｘ濃度の比が所定の比率（例えば、２：１）になったとき（図５においてＢ部）に、高温・リッチ空燃比制御を終了するようにした。
【００７４】
このようにすると、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積程度を精度良く把握でき、ＳＯｘ脱離を最適な時期に開始することができる。また、リッチ空燃比の排気ガスの供給を最適な時期に終了することができる。その結果、ＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ浄化能を長期に亘って高く維持することができるとともに、ＳＯｘ脱離に伴う燃費悪化を低減することができる。
【００７５】
次に、図７を参照して、第２の実施の形態におけるＳＯｘ脱離制御実行ルーチンを説明する。この制御ルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶されており、この制御ルーチンは一定時間毎にＣＰＵ３４によって実行される。
【００７６】
＜ステップ２０１＞
まず、ＥＣＵ３０は、ステップ２０１において、入ガスＳＯｘセンサ２３で検出された触媒入ガスのＳＯｘ濃度を読み込み、出ガスＳＯｘセンサ２４で検出された触媒出ガスのＳＯｘ濃度を読み込む。
【００７７】
＜ステップ２０２＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ２０２に進んで、入ガスＳＯｘ濃度が出ガスＳＯｘ濃度よりも大きいか否か判定する。ステップ２０２における肯定判定はＮＯｘ触媒１７がＳＯｘ吸収中であることを意味し、否定判定はＮＯｘ触媒１７がＳＯｘ脱離中であることを意味する。
【００７８】
＜ステップ２０３＞
ステップ２０２で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ２０３に進み、出ガスＳＯｘ濃度が上昇中か否か判定する。図５に示すように、ＮＯｘ触媒１７がＳＯｘ脱離状態からＳＯｘ吸収状態に切り替わった直後は出ガスＳＯｘ濃度が低下していき（ｔ０〜ｔ１）、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量が飽和に近付くにしたがって出ガスＳＯｘ濃度は上昇していく（ｔ２〜ｔ３）。ステップ２０３ではＮＯｘ触媒１７がこのいずれの状態にあるかを判定する。
ステップ２０３において否定判定した場合には、まだＳＯｘ脱離処理の開始時期ではないので、ＥＣＵ３０はリターンに進む。
【００７９】
＜ステップ２０４＞
ステップ２０３において肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ２０４に進み、出ガスＳＯｘ濃度と入ガスＳＯｘ濃度の濃度比αを算出する。
α＝（出ガスＳＯｘ濃度）／（入ガスＳＯｘ濃度）
【００８０】
＜ステップ２０５＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ２０５に進み、ステップ２０４で算出した濃度比αが上限値（例えば、０．５）よりも大きいか否かを判定する。ステップ２０５で否定判定した場合には、まだ、ＳＯｘ脱離処理を実行すべき時期ではないので、ＥＣＵ３０はリターンに進む。
【００８１】
＜ステップ２０６＞
ステップ２０５で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ２０６に進み、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘを脱離するために排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御するリッチ空燃比制御を開始する。尚、このリッチ空燃比制御が実行されている間、適宜の手段により、ＮＯｘ触媒１７に対する昇温制御が実行され、ＮＯｘ触媒１７の触媒床温はＳＯｘ脱離に最適な温度に制御される。
【００８２】
＜ステップ２０７＞
リッチ空燃比制御及び昇温制御の実行により、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘが脱離し、出ガスＳＯｘ濃度が入ガスＳＯｘ濃度よりも高くなるため、次回このルーチンを実行したときには、ステップ２０２において否定判定され、ＥＣＵ３０は、ステップ２０７に進む。
【００８３】
ステップ２０７において、ＥＣＵ３０は、出ガスＳＯｘ濃度が下降中か否か判定する。図５に示すように、リッチ空燃比制御開始からしばらくの間は出ガスＳＯｘ濃度が上昇していき、やがてピーク値を迎え、その後は出ガスＳＯｘ濃度が下降していく（ｔ３〜ｔ４）。ステップ２０７ではＮＯｘ触媒１７がこのいずれの状態にあるかを判定する。
【００８４】
ステップ２０７において否定判定した場合には、まだリッチ空燃比制御を終了すべきではないので、ＥＣＵ３０はリターンに進み、リッチ空燃比制御及び昇温制御を続行する。
【００８５】
＜ステップ２０８＞
ステップ２０７において肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ２０８に進み、出ガスＳＯｘ濃度と入ガスＳＯｘ濃度の濃度比αを算出する。
α＝（出ガスＳＯｘ濃度）／（入ガスＳＯｘ濃度）
【００８６】
＜ステップ２０９＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ２０９に進み、ステップ２０８で算出した濃度比αが下限値（例えば、２）よりも小さいか否かを判定する。ステップ２０９で否定判定した場合には、まだ、リッチ空燃比制御を終了すべきではないので、ＥＣＵ３０はリターンに進み、リッチ空燃比制御及び昇温制御を続行する。
【００８７】
＜ステップ２１０＞
ステップ２０９で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ２１０に進み、ＳＯｘ脱離処理のためのリッチ空燃比制御及び昇温制御を終了する。
【００８８】
〔第３の実施の形態〕
前述の第２の実施の形態では、ＮＯｘ触媒１７の上流と下流のＳＯｘ濃度の濃度比に基づいて、高温・リッチ空燃比制御の開始時期及を判定しているが、ＮＯｘ触媒１７に流入する排気ガスのＳＯｘ濃度が低い場合には、前記ＳＯｘ濃度比が所定の条件を満たしてもＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量としては少ないこともある。このように、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量が少ない状態で高温・リッチ空燃比制御を実行しても、ＮＯｘ触媒１７からＳＯｘが効率的に脱離されず、還元剤が無駄に消費されてしまう。
【００８９】
そこで、この第３の実施の形態では、ＮＯｘ触媒１７のＳＯｘ蓄積量が所定量に達していない場合には、ＳＯｘ脱離処理の実行を禁止し、ＳＯｘ蓄積量が所定量以上であり、且つ、ＮＯｘ触媒１７の上流と下流のＳＯｘ濃度比が所定の条件を満たした場合に限り、ＳＯｘ脱離処理を実行することとした。
【００９０】
次に、図８を参照して、第３の実施の形態におけるＳＯｘ脱離制御実行ルーチンを説明する。この制御ルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶されており、この制御ルーチンは一定時間毎にＣＰＵ３４によって実行される。
【００９１】
＜ステップ３０１〜３０２＞
ステップ３０１，３０２はそれぞれ第２の実施の形態におけるステップ２０１，２０２と同じであるので説明を省略する。
【００９２】
ステップ３０２で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ３０３に進み、ＳＯｘ蓄積量を加算する。詳述すると、ステップ１０１で読み込んだ入ガスＳＯｘ濃度から出ガスＳＯｘ濃度を減算してＳＯｘ濃度差を求め、一方、エアフロメータ２１で検出した現時点の吸入空気量を読み込みこれを排気ガス量として、本ルーチンを今回実行してから次回実行するまでの間にＮＯｘ触媒１７に吸収されるＳＯｘ量を算出し、この吸収ＳＯｘ量をＳＯｘカウンタにおいて加算し、現時点のＳＯｘ蓄積量を求める。
【００９３】
＜ステップ３０４＞
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ３０４に進み、ＳＯｘ蓄積量が予め設定したＳＯｘ脱離実行下限値を越えているか否か判定する。ステップ３０４で否定判定した場合には、まだ、ＳＯｘ脱離処理を実行すべき時期ではないので、リターンに進む。
【００９４】
＜ステップ３０５〜ステップ３１１＞
ステップ３０４で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ３０５に進む。ステップ３０５からステップ３１１は第２の実施の形態におけるステップ２０４からステップ２１０と同じであるので説明を省略する。
【００９５】
尚、第２の実施の形態における制御ルーチンのステップ２０３に対応する処理が、第３の実施の形態の制御ルーチンにないのは、ステップ３０４においてＳＯｘ蓄積量がＳＯｘ脱離実行下限値以上である時には、出ガスＳＯｘ濃度が下降する期間（図５においてｔ０〜ｔ１）を既に過ぎているはずだからである。
【００９６】
＜ステップ３１２＞
ＥＣＵ３０は、ステップ３１１においてリッチ空燃比制御及び昇温制御を終了した後、ステップ３１２に進み、ＳＯｘカウンタをリセットして本ルーチンを終了する。
【００９７】
この第３の実施の形態において、ＥＣＵ３０による一連の信号処理のうちステップ３０３を実行する部分は、ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）の上流と下流のＳＯｘ濃度差に基づいてＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）に吸収されているＳＯｘ量を算出するＳＯｘ蓄積量算出手段ということができる。
【００９８】
〔他の実施の形態〕
前述の第２、第３の実施の形態では、リッチ空燃比制御及び昇温制御の終了時期の判定を、出ガスＳＯｘ濃度と入ガスＳＯｘ濃度の比αが所定の条件（α＜２）を満たすか否かで行っているが、これに代えて、リッチ空燃比制御を開始してからの経過時間が所定の時間に達したか否かによって前記終了時期を判定してもよい。
【００９９】
また、上述のようにリッチ空燃比制御の終了時期を経過時間で判定する場合には、ＳＯｘ脱離処理開始前までのＳＯｘ蓄積量を算出し、そのＳＯｘ蓄積量の大きさに応じて、リッチ度合やリッチ空燃比継続時間等のＳＯｘ脱離処理条件（排気空燃比制御手段の空燃比制御条件）を補正して、ＳＯｘ脱離処理のためのリッチ空燃比制御を実行することも可能である。
【０１００】
前述の各実施の形態では、ＮＯｘ触媒１７の上流に入ガスＳＯｘセンサ２３を設け、この入ガスＳＯｘセンサ２３によりＮＯｘ触媒１７に流入する排気ガスのＳＯｘ濃度を検出しているが、ＮＯｘ触媒１７に流入する排気ガスのＳＯｘ濃度は燃料量と排気ガス量に依存するので、エンジン運転状態（燃料噴射量、空燃比、吸入空気量、エンジン回転数など）から推定することが可能である。したがって、入ガスＳＯｘセンサ２３を設ける代わりに、エンジン運転状態からＥＣＵ３０により触媒入ガスのＳＯｘ濃度を算出し、推定するようにしてもよい。
【０１０１】
前述した各実施の形態では本発明をガソリンエンジンに適用した例で説明したが、本発明をディーゼルエンジンに適用することができることは勿論である。ディーゼルエンジンの場合は、燃焼室での燃焼がストイキよりもはるかにリーン域で行われるので、通常の機関運転状態ではＮＯｘ触媒１７に流入する排気ガスの空燃比は非常にリーンであり、ＮＯｘ及びＳＯｘの吸収は行われるものの、ＮＯｘ及びＳＯｘの放出が行われることは殆どない。
【０１０２】
また、ガソリンエンジンの場合には、前述したように燃焼室３に供給する混合気をストイキあるいはリッチにすることにより排気空燃比をストイキあるいはリッチにし、排気ガス中の酸素濃度を低下させて、ＮＯｘ触媒１７に吸収されているＮＯｘやＳＯｘを放出させることができるが、ディーゼルエンジンの場合には、燃焼室に供給する混合気をストイキあるいはリッチにすると燃焼の際に煤が発生するなどの問題があり採用することはできない。
【０１０３】
したがって、本発明をディーゼルエンジンに適用する場合、排気空燃比をストイキあるいはリッチにするためには、機関出力を得るために燃料を燃焼するのとは別に、還元剤（例えば燃料である軽油）を排気ガス中に供給する必要がある。排気ガスへの還元剤の供給は、吸気行程や膨張行程や排気行程において気筒内に燃料を副噴射することによっても可能であるし、あるいは、ＮＯｘ触媒１７の上流の排気通路内に還元剤を供給することによっても可能である。
【０１０４】
尚、ディーゼルエンジンであっても排気再循環装置（所謂、ＥＧＲ装置）を備えている場合には、排気再循環ガスを多量に燃焼室に導入することによって、排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にすることが可能である。
【０１０５】
【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ＮＯｘ吸収材と、（ロ）前記ＮＯｘ吸収材の下流の排気通路に設けられたＳＯｘ濃度検出手段と、（ハ）前記ＮＯｘ吸収材に吸収されたＳＯｘを脱離するときに排気ガスの空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空燃比に制御する排気空燃比制御手段と、を備え、前記ＳＯｘ濃度検出手段により検出されたＮＯｘ吸収材下流のＳＯｘ濃度に基づいて前記排気空燃比制御手段を作動するようにしたことにより、ＮＯｘ吸収材のＳＯｘ被毒の進行状態を的確に把握することができ、ＮＯｘ吸収材に対して最適なＳＯｘ脱離処理を実行することができる。
【０１０６】
ＳＯｘ濃度検出手段により検出したＮＯｘ吸収材下流のＳＯｘ濃度が下降中であって、ＮＯｘ吸収材下流のＳＯｘ濃度がＮＯｘ吸収材上流のＳＯｘ濃度に所定値まで接近したときに前記排気空燃比制御手段による空燃比制御を終了するようにした場合には、ＳＯｘ脱離のための還元剤の使用量を減らすことができ、その結果、ＳＯｘ脱離処理に起因する燃費悪化を低減することができる。
【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】基本燃料噴射時間のマップの一例を示す図である。
【図３】機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。
【図４】吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸放出作用を説明するための図である。
【図５】排気空燃比、ＮＯｘ触媒のＳＯｘ蓄積量、及び、ＮＯｘ触媒上流と下流のＳＯｘ濃度の経時変化を示す図である。
【図６】前記第１の実施の形態におけるＳＯｘ脱離制御実行ルーチンである。
【図７】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態におけるＳＯｘ脱離制御実行ルーチンである。
【図８】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第３の実施の形態におけるＳＯｘ脱離制御実行ルーチンである。
【符号の説明】
１ エンジン本体（内燃機関）
３ 燃焼室
４ 点火栓
１１ 燃料噴射弁（排気空燃比制御手段）
１６ 排気管（排気通路）
１７ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）
１８ ケーシング
１９ 排気管（排気通路）
２３ 入ガスＳＯｘセンサ（ＮＯｘ吸収材上流のＳＯｘ濃度検出手段）
２４ 出ガスＳＯｘセンサ（ＮＯｘ吸収材下流のＳＯｘ濃度検出手段）
３０ ＥＣＵ（排気空燃比制御手段）
Claims (7)
- （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を放出するＮＯx吸収材と、（ロ）前記ＮＯx吸収材の下流の排気通路に設けられ、排気ガスのＳＯx濃度を検出するＳＯx濃度検出手段と、（ハ）前記ＮＯx吸収材に吸収されたＳＯxを脱離するときに排気ガスの空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空燃比に制御する排気空燃比制御手段と、を備え、
前記ＳＯ x 濃度検出手段により検出したＮＯ x 吸収材下流のＳＯ x 濃度が上昇中であって、前記ＮＯ x 吸収材下流のＳＯ x 濃度がＮＯ x 吸収材上流のＳＯ x 濃度に所定値まで接近したときに前記排気空燃比制御手段による空燃比制御を開始することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記ＮＯx吸収材上流のＳＯx濃度と前記ＳＯx濃度検出手段で検出したＮＯx吸収材下流のＳＯx濃度の濃度差に基づいて前記ＮＯx吸収材に吸収されているＳＯx量を算出するＳＯx蓄積量算出手段を備え、このＳＯx蓄積量算出手段により算出されたＳＯx蓄積量が所定量以下のときには、前記排気空燃比制御手段による空燃比制御を禁止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記ＮＯx吸収材上流のＳＯx濃度と前記ＳＯx濃度検出手段で検出したＮＯx吸収材下流のＳＯx濃度の濃度差に基づいて前記ＮＯx吸収材に吸収されているＳＯx量を算出するＳＯx蓄積量算出手段を備え、このＳＯx蓄積量算出手段により算出されたＳＯx蓄積量の大きさに応じて、前記排気空燃比制御手段の空燃比制御条件を補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記ＳＯx濃度検出手段により検出したＮＯx吸収材下流のＳＯx濃度が下降中であって、前記ＮＯx吸収材下流のＳＯx濃度がＮＯx吸収材上流のＳＯx濃度に所定値まで接近したときに前記排気空燃比制御手段による空燃比制御を終了することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- （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を放出するＮＯx吸収材と、（ロ）前記ＮＯx吸収材の下流の排気通路に設けられ、排気ガスのＳＯx濃度を検出するＳＯx濃度検出手段と、（ハ）前記ＮＯx吸収材に吸収されたＳＯxを脱離するときに排気ガスの空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空燃比に制御する排気空燃比制御手段と、を備え、
前記ＳＯ x 濃度検出手段により検出したＮＯ x 吸収材下流のＳＯ x 濃度が下降中であって、前記ＮＯ x 吸収材下流のＳＯ x 濃度がＮＯ x 吸収材上流のＳＯ x 濃度に所定値まで接近したときに前記排気空燃比制御手段による空燃比制御を終了することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記ＮＯx吸収材上流のＳＯx濃度は、ＮＯx吸収材の上流の排気通路に設けたＳＯx濃度検出手段により検出することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記ＮＯx吸収材上流のＳＯx濃度は、内燃機関の運転状態から推定することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
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