JP3645704B2

JP3645704B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3645704B2
Application number: JP03506898A
Authority: JP
Inventors: 信也広田; 俊明田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1998-02-17
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2018-02-17
Also published as: EP0862941B1; DE69807370D1; EP0862941A2; JPH10306717A; EP0862941A3; US5974791A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、詳細には機関の排気中の有害成分を除去する排気浄化手段と排気中のＮＯ_X成分を除去するＮＯ_X吸収剤とを備えた排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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のような貴金属とから成るＮＯ_X吸収剤を使用した排気浄化装置が知られている。
【０００３】
ＮＯ_X吸収剤は流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ_Xを硝酸塩の形で吸収し、流入排気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_Xを放出するとともに、排気中の還元成分と反応させて放出したＮＯ_Xを還元浄化するＮＯ_Xの吸放出作用を示す。
このＮＯ_X吸収剤によるＮＯ_X吸放出作用については後に説明するが、排気中に硫黄酸化物（ＳＯ_X）が存在するとＮＯ_X吸収剤はＮＯ_Xの吸収作用を行うのと全く同じメカニズムで排気中のＳＯ_Xを吸収する。
【０００４】
ところが、ＮＯ_X吸収剤に吸収されたＳＯ_Xは安定な硫酸塩を形成するため一般に分解、放出されにくく、ＮＯ_X吸収剤内に蓄積されやすい傾向がある。ＮＯ_X吸収剤内のＳＯ_X蓄積量が増大すると、ＮＯ_X吸収剤のＮＯ_X吸収容量が減少して排気中のＮＯ_Xの除去を十分に行うことができなくなるため、ＮＯ_Xの浄化効率が低下する、いわゆるＮＯ_X吸収剤の硫黄被毒（以下「Ｓ被毒」と称する）が生じる問題がある。特に、燃料として比較的硫黄成分を多く含む軽油を使用するディーゼル機関においてはこのＳ被毒の問題が生じやすい。
【０００５】
一方、ＮＯ_X吸収剤に吸収されたＳＯ_Xについても、ＮＯ_Xの放出、還元浄化と同じメカニズムで放出、還元浄化が可能であることが知られている。しかし、上述のようにＮＯ_X吸収剤内に蓄積された硫酸塩は比較的安定であるため、通常のＮＯ_Xの放出、還元浄化操作（以下「ＮＯ_X吸収剤の再生操作」という）を行なう温度（例えば、２５０℃程度）ではＮＯ_X吸収剤内に吸収されたＳＯ_Xを放出させることは困難である。このため、Ｓ被毒を解消するためには、ＮＯ_X吸収剤を通常の再生操作時より高い温度（例えば５００℃以上）に昇温し、かつ流入する排気の空燃比をリッチにするＳ被毒解消操作を定期的に行う必要がある。
【０００６】
ＮＯ_X吸収剤を高温にして再生操作を行うことによりＮＯ_X吸収剤のＳ被毒を解消するようにした排気浄化装置としては、例えば特開平６−８８５１８号公報に記載されたものがある。同公報の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置したＮＯ_X吸収剤をＳ被毒から回復させるために、機関が排気温度が高くリーン空燃比で運転されているときに機関空燃比を間欠的にまたは連続的にリッチ空燃比とする構成を開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開平６−８８５１８号公報の装置では、機関が排気温度が高くリーン空燃比の状態で運転されていることが確認されてからＳ被毒解消操作を行うため、Ｓ被毒解消操作が開始される前に必ずＮＯ_X吸収剤の温度が高く流入排気の空燃比がリーンな状態が生じることになる。前述したように、ＮＯ_X吸収剤に吸収されたＳＯ_Xは吸収剤内に比較的安定な硫酸塩の粒子を生成するが、この硫酸塩粒子は高温のリーン空燃比雰囲気に曝されると比較的容易にシンタリングを生じ硫酸塩粒子が粗大化する傾向がある。しかも、粗大化した硫酸塩粒子は安定性が高くなり、Ｓ被毒解消操作によっても容易には分解しなくなる。
【０００８】
このため、上記公報の装置のようにＳ被毒解消操作の前にＮＯ_X吸収剤が高温の酸化雰囲気になる状態が存在すると、Ｓ被毒解消操作を行う前にＮＯ_X吸収剤に吸収された硫酸塩が粗大化してしまい、その後Ｓ被毒解消操作を行っても粗大化した硫酸塩を分解することはできず、Ｓ被毒を十分に解消することができない問題がある。
【０００９】
また、排気通路のＮＯ_X吸収剤上流側に排気中の微粒子（例えばディーゼルパティキュレート）を捕集するパティキュレートフィルタを設けたような場合には定期的にパティキュレートフィルタに捕集したパティキュレート（煤）を燃焼させてパティキュレートフィルタを再生する必要があるが、通常この燃焼は酸素過剰雰囲気下で行われる。このため、パティキュレートフィルタとＮＯ_X吸収剤との両方を備えた排気浄化装置ではパティキュレートフィルタの再生操作中は煤の燃焼により高温となったリーン空燃比の排気が連続的にＮＯ_X吸収剤に流入することになり、ＮＯ_X吸収剤中の硫酸塩粒子が粗大化し易くなるためＳ被毒の解消が困難となる問題が生じる。
【００１０】
また、排気中のＨＣ、ＣＯ成分の浄化やＳＯＦ（可溶有機成分）の浄化のためにＮＯ_X吸収剤上流側の排気通路に酸化触媒または三元触媒を設けた場合にも上記と同様な問題が生じる。
内燃機関の排気中、特にディーゼルエンジンの排気中にはカーボン粒子に付着したＳＯＦ（未燃燃料、未燃潤滑油等の炭化水素成分）が多く含まれる。これらのＳＯＦは、その一部が酸化触媒や三元触媒で酸化されるものの、残りの部分は触媒表面に付着する。このため、触媒表面のＳＯＦ付着量が多くなると触媒成分がＳＯＦに覆われてしまい触媒としての機能を果たせなくなり、いわゆるＳＯＦ被毒が生じる。従って、排気中のＳＯＦの量が多い場合には定期的に触媒に付着したＳＯＦを燃焼させて触媒機能を回復（再生）させる必要が生じる。この触媒のＳＯＦ被毒回復操作は高温かつ酸素過剰雰囲気下で行うため、触媒の再生操作を行うとＮＯ_X吸収剤に高温かつリーン空燃比の排気が連続的に流入することになり、上述のパティキュレートフィルタの場合と同様にＮＯ_X吸収剤のＳ被毒の解消が困難となる問題が生じる。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑み、特にＮＯ_X吸収剤の上流側に排気中のＳＯＦやパティキュレートを捕集、あるいは排気浄化のための手段を設けた排気浄化装置において、ＮＯ_X吸収剤中の硫酸塩粒子の粗大化を防止してＳ被毒解消を容易に行うことを可能とする手段を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に配置され、流入排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ_Xを吸収し流入排気の酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸収剤と、前記ＮＯ_X吸収剤上流側の排気通路に配置され、流入排気中の有害成分を除去する排気浄化手段と、前記ＮＯ_X吸収剤の温度を上昇させるとともに、前記ＮＯ_X吸収剤に流入する排気の酸素濃度を低下させることにより前記ＮＯ_X吸収剤を硫黄被毒から回復させる硫黄被毒解消手段と、前記排気浄化手段の温度を上昇させるとともに、前記排気浄化手段に流入する排気の空燃比をリーン空燃比にすることにより前記排気浄化手段に捕集または付着した排気中の有害成分を燃焼させる燃焼手段と、前記硫黄被毒解消手段を作動させ、前記ＮＯ_X吸収剤が硫黄被毒から回復した後にのみ前記燃焼手段を作動させて前記排気浄化手段に捕集または付着した排気中の有害成分を燃焼させる制御手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、前記排気浄化手段は、排気中の可溶有機成分を酸化する、酸化触媒または三元触媒であり、前記有害成分は排気中の可溶有機成分である請求項１に記載の排気浄化装置が提供される。
請求項３に記載の発明によれば、前記排気浄化手段は、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタであり、前記有害成分は排気中のパティキュレートである請求項１に記載の排気浄化装置が提供される。
【００１４】
すなわち、請求項１から３の発明では、制御手段は常に硫黄被毒解消手段をまず作動させてＮＯ_X吸収剤のＳ被毒を解消し吸収剤中の硫酸塩を放出させる。そして、制御手段はＮＯ_X吸収剤のＳ被毒が解消された後に燃焼手段を作動させる。このため、排気浄化手段に捕集されたＳＯＦ、パティキュレート等の有害成分が燃焼して高温かつリーン空燃比の排気が下流側のＮＯ_X吸収剤に流入する時には、常にＮＯ_X吸収剤中の硫酸塩粒子が除去された状態になっており、吸収剤中には粗大化すべき硫酸塩粒子が存在しない。従って、本発明では排気浄化手段の有害成分燃焼操作を繰り返してもＮＯ_X吸収剤中の硫酸塩粒子の粗大化が生じることがなく、Ｓ被毒解消操作によって容易にＮＯ_X吸収剤のＳ被毒が解消される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を自動車用ディーゼル機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
図１において、６はディーゼル機関１の排気管、６ａ、６ｂは排気管６の分岐通路を示す。本実施形態では、分岐通路６ａ、６ｂにはそれぞれＮＯ_X吸収剤付パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１０ａ、１０ｂが配置されている。
【００１６】
本実施形態では、ＤＰＦ１０ａ、１０ｂは焼結金属、金属製フォームフィルタなど内部に曲折した小径の排気通路を有するフィルタであり、排気がこの曲折した排気通路を通過する際に通路壁面と衝突し排気中の煤等の微粒子が通路壁面に付着して捕集される、いわゆる衝突捕集型のパティキュレートフィルタとされている。
【００１７】
また、本実施形態ではＤＰＦ１０ａ、１０ｂ内の上記排気通路壁面には後述するＮＯ_X吸収剤を担持させＤＰＦ１０ａ、１０ｂがＮＯ_X吸収剤としての機能をも備えるようにしている。このため、本実施形態ではＤＰＦ１０ａ、１０ｂの上流側部分は主に排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタとして、下流側部分は主にパティキュレート除去後の排気中のＮＯ_Xを除去するＮＯ_X吸収剤として機能する。
【００１８】
更に、本実施形態ではＤＰＦ１０ａ、１０ｂの基体はリレー１１を介して電源に接続され、ＤＰＦ１０ａと１０ｂとにそれぞれ独立して通電することが可能となっている。本実施形態では、後述するようにＤＰＦ１０ａ、１０ｂに担持されたＮＯ_X吸収剤のＳ被毒解消操作時および、ＤＰＦ１０ａ、１０ｂに捕集されたパティキュレートを燃焼させる際にＤＰＦ１０ａ、１０ｂの基体にそれぞれ通電を行い、ＤＰＦ１０ａ、１０ｂの金属製基体を発熱させる。すなわち、本実施形態ではＤＰＦ１０ａ、１０ｂの基体そのものが電気ヒータとして機能する。
【００１９】
図１において、９は分岐通路６ａ，６ｂの分岐部に設けられた排気切換弁、９ａは排気切換弁９の切換え動作を行う、ソレノイド、負圧アクチュエータ等の適宜な形式のアクチュエータである。
また、図１において１２はＤＰＦ１０ａ、１０ｂのそれぞれ上流側の分岐通路６ａ、６ｂに還元剤を供給するための還元剤供給装置である。本実施形態では還元剤としてディーゼル機関１の燃料（軽油）が使用されており、還元剤供給装置１２は機関燃料系統から供給された軽油をＤＰＦ１０ａ、１０ｂの上流側の排気通路６ａ、６ｂ内に霧状に噴射するノズル１２ａ、１２ｂを備えている。この還元剤供給装置１２は、後述するＮＯ_X吸収剤の再生操作とＳ被毒解消操作時にＤＰＦ１０ａ、１０ｂに流入する排気の酸素濃度を低下させてＮＯ_X吸収剤に吸収されたＮＯ_X成分とＳＯ_X成分とを放出させるために使用される。
【００２０】
更に、本実施形態ではＤＰＦ１０ａ、１０ｂの上流側の分岐通路６ａ、６ｂに二次空気を供給する二次空気供給装置１３が設けられている。二次空気供給装置１３は、エアポンプ、空気タンク等の加圧空気源１３ｃから空気をそれぞれの分岐通路６ａ、６ｂに供給する二次空気ノズル１３ａ、１３ｂを備えている。本実施形態では、二次空気供給装置１３は後述するＤＰＦ１０ａ、１０ｂの再生操作（パティキュレートの燃焼操作）時にＤＰＦ１０ａ、１０ｂに燃焼用の空気を供給するために用いられる。
【００２１】
ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、燃料噴射量制御等の機関の基本制御を行う他、本実施形態ではＮＯ_X吸収剤の再生操作、Ｓ被毒解消操作及びパティキュレートフィルタの再生操作（パティキュレートの燃焼操作）の制御をも行っている。これらの制御のため、ＥＣＵ３０の入力ポートには、図示しないアクセル開度センサから運転者のアクセルペダル踏み込み量に対応した電圧信号と機関回転速度センサから機関回転数を表すパルス信号が入力されている。
【００２２】
一方、ＥＣＵ３０の出力ポートは、図示しない駆動回路を通じて排気切換え弁９のアクチュエータ９ａ、還元剤供給装置１２のノズル１２ａ、１２ｂ、ＤＰＦ１０ａ、１０ｂ通電加熱用のリレー１１及び二次空気供給装置１３のノズル１３ａ、１３ｂにそれぞれ接続され、これらの作動を制御している。
次に、ＤＰＦ１０ａ、１０ｂに担持されたＮＯ_X吸収剤について説明する。
ＮＯ_X吸収剤は、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のような貴金属とから成り、ＤＰＦ１０ａ、１０ｂに流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_X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ＮＯ_Xを放出するＮＯ_Xの吸放出作用を行う。
【００２３】
この吸放出のメカニズムについて、以下に白金ＰｔおよびバリウムＢａを使用し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。
流入排気中の酸素濃度が増大すると（すなわち排気の空気過剰率λが１より大きく（リーンに）なると）、これら酸素は白金Ｐｔ上にＯ₂ ^-またはＯ^2-の形で付着し、排気中のＮＯ_Xは白金Ｐｔ上のＯ₂ ^-またはＯ^2-と反応し、これによりＮＯ₂が生成される。また、流入排気中のＮＯ₂及び上記により生成したＮＯ₂は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ吸収剤中に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形で吸収剤内に拡散する。このため、リーン雰囲気下では排気中のＮＯ_XがＮＯ_X吸収剤内に硝酸塩の形で吸収されるようになる。
【００２４】
また、流入排気中の酸素濃度が大幅に低下すると（すなわち、排気の空気過剰率λが１以下（リッチ）になると）、白金Ｐｔ上でのＮＯ₂生成量が減少するため、反応が逆方向に進むようになり、吸収剤内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-はＮＯ₂の形で吸収剤から放出されるようになる。この場合、排気中にＣＯ等の還元成分やＨＣ、ＣＯ₂等の成分が存在すると白金Ｐｔ上でこれらの成分によりＮＯ₂が還元される。
【００２５】
すなわち、ＮＯ_X吸収剤は流入する排気がリーンの条件下では排気中のＮＯ_Xを吸収し、流入する排気がリッチの条件下では吸収したＮＯ_Xを放出、還元するＮＯ_Xの吸放出作用を行う。
ところが、排気中に硫黄酸化物（ＳＯ_X）が含まれているとリーン条件下では上記のＮＯ_X吸収と全く同じメカニズムでＳＯ_Xが硫酸塩（例えばＢａＳＯ₄）の形でＮＯ_X吸収剤に吸収される。この硫酸塩はＮＯ_Xと同様排気空燃比がリッチになるとＳＯ₂の形でＮＯ_X吸収剤から放出されるが、一般に硫酸塩は安定性が高くＮＯ_X吸収剤からＳＯ_Xを放出させるにはＮＯ_Xの放出の際よりリッチかつ高温の条件が必要とされる。このため、通常のＮＯ_X吸収剤の再生操作では十分にＳＯ_Xを放出させることができず、徐々にＳＯ_Xが吸収剤内に蓄積されてしまいＮＯ_Xの吸収に関与できる吸収剤の量が減少する。このため、ＳＯ_Xの蓄積によりＮＯ_X吸収剤のＮＯ_X吸収容量が低下する、いわゆるＮＯ_X吸収剤のＳ被毒が生じることになる。
【００２６】
Ｓ被毒を解消するためには通常のＮＯ_X吸収剤再生操作条件（例えば２５０℃程度以上）より高温（例えば５００℃以上）でＮＯ_X吸収剤をリッチ雰囲気にして吸収したＳＯ_Xを放出させるようにすれば良い。しかし、ＮＯ_X吸収剤中の硫酸塩粒子は高温かつリーンな雰囲気に曝されると容易に粗大化する傾向があり、一旦粗大化した硫酸塩粒子は高温リッチ雰囲気においても容易に分解せずＮＯ_X吸収剤から放出させることが困難となる。通常、本実施形態のようにパティキュレートフィルタとＮＯ_X吸収剤との両方を用いる装置では、パティキュレートフィルタに捕集したパティキュレートを燃焼させる際にＮＯ_X吸収剤に高温かつリーンな排気が流入するため、ＮＯ_X吸収剤に吸収した硫酸塩の粗大化が生じやすくＳ被毒解消が困難になる問題がある。本実施形態では、以下に説明する方法でＮＯ_X吸収剤の再生操作、Ｓ被毒解消操作、及びＤＰＦの再生操作（パティキュレートの燃焼）を行うことにより、硫酸塩粒子の粗大化を生じることなくＮＯ_X吸収剤をＳ被毒から回復させるようにしている。
【００２７】
次に、本実施形態におけるＮＯ_X吸収剤の再生、Ｓ被毒解消、ＤＰＦの再生の各操作について説明する。本実施形態では機関１の運転中ＥＣＵ３０は排気切り換え弁９を一方の位置に切り換えてＤＰＦ１０ａ、１０ｂの一方（例えば１０ａ）側に機関１の排気の略全量を導き、この一方のＤＰＦにより排気パティキュレートを捕集する。本実施形態では機関１としてディーゼル機関が使用されているため通常運転時の排気空燃比はかなりリーンである。このため排気が流れる側のＤＰＦ（ＤＰＦ１０ａ）ではＤＰＦに担持したＮＯ_X吸収剤により排気中のＮＯ_Xが吸収され排気から除去される。
【００２８】
また、使用中の側のＤＰＦ（１０ａ）でＮＯ_X吸収量が増大してきた場合、ＥＣＵ３０は切り換え弁９を切り換えて排気をもう一方のＤＰＦ（ＤＰＦ１０ｂ）の側に流し、もう一方の側のＤＰＦ（１０ｂ）でパティキュレートの捕集とＮＯ_Xの吸収とを行う。これにより、ＮＯ_X吸収量が増大したＤＰＦ（１０ａ）の側には排気がほとんど流入しなくなる。
【００２９】
ＥＣＵ３０は、この状態で還元剤供給装置１２の排気の流入が停止した側のノズル（１２ａ）からＤＰＦ（１０ａ）に還元剤を供給する。本発明に使用する還元剤としては、排気中で一酸化炭素等の還元成分や炭化水素を発生するものであれば良く、水素、一酸化炭素等の気体、プロパン、プロピレン、ブタン等の液体又は気体の炭化水素、ガソリン、軽油、灯油等の液体燃料等が使用できるが、本実施形態では貯蔵、補給等の際の煩雑さを避けるため前述のようにディーゼル機関１の燃料である軽油を還元剤として使用している。
【００３０】
還元剤がＤＰＦに供給されると、ＮＯ_X吸収剤上の白金Ｐｔでは還元剤の酸化により酸素が消費されＮＯ_X吸収剤はリッチ雰囲気となるとともに排気中にＨＣ、ＣＯ等の成分が生成される。これにより、ＮＯ_X吸収剤から吸収したＮＯ_Xが放出され、白金Ｐｔ上で上記ＨＣ、ＣＯ等の成分により還元浄化されＮＯ_X吸収剤の再生が行われる。
【００３１】
上記再生操作によりＮＯ_X吸収剤からは吸収したＮＯ_Xが放出されるが、一般にディーゼル機関の排気は低温であるため上記再生操作によってはＮＯ_X吸収剤に吸収されたＳＯ_Xは放出されずＮＯ_X吸収剤のＳ被毒が進行することになる。しかし、通常の運転では排気温度が低くＮＯ_X吸収剤は比較的低温に保持されているためＮＯ_X吸収剤中の硫酸塩粒子は通常のＮＯ_X吸放出サイクルでは粗大化しておらず比較的分解しやすい状態になっている。
【００３２】
そこで、本実施形態ではＮＯ_X吸収剤に吸収されたＳＯ_X量が増大している場合には、上記再生操作に代えてＳ被毒解消操作を行う。Ｓ被毒解消操作は上述したＮＯ_X吸収剤再生操作と同様に排気の流入を略停止した状態で還元剤供給装置からＤＰＦに還元剤を供給することにより行うが、Ｓ被毒解消操作においては更にリレー１１を閉じてＳ被毒を解消する側のＤＰＦに通電を行う点が相違している。本実施形態では金属製のＤＰＦが使用されているため、ＤＰＦに通電することによりＤＰＦ全体が発熱する。本実施形態ではＤＰＦは比較的小容量のものが使用されていること、及び通電が排気の流れのない状態で行われることからＤＰＦは通電により短時間で昇温し高温（例えば５００℃以上）になる。この状態で還元剤をＤＰＦに供給することにより、ＤＰＦに担持されたＮＯ_X吸収剤は高温かつリッチな雰囲気に曝されるため、ＮＯ_X吸収剤に吸収された硫酸塩はＳＯ₂の形でＮＯ_X吸収剤から放出されＮＯ_X吸収剤のＳ被毒が解消される。
【００３３】
更に、本実施形態ではＥＣＵ３０は上記Ｓ被毒解消操作終了後直ちにＤＰＦに捕集されたパティキュレートを燃焼させＤＰＦの再生操作を行う。すなわち、上記Ｓ被毒解消操作を行い十分にＮＯ_X吸収剤中の硫酸塩を放出した後、ＥＣＵ３０は直ちに二次空気供給装置１３からＤＰＦに二次空気を供給する。これにより、通電により高温になっているＤＰＦ上のパティキュレートに十分な量の酸素が供給されるため、パティキュレートが燃焼を開始する。この場合、パティキュレートを酸化雰囲気で燃焼させるためＤＰＦを通過する排気はかなりリーンになり、ＤＰＦ上のＮＯ_X吸収剤は高温かつリーン空燃比の雰囲気に曝されることになる。しかし、本実施形態ではＤＰＦの再生操作を行う前に必ずＮＯ_X吸収剤のＳ被毒解消操作が終了しているためＮＯ_X吸収剤中には硫酸塩が存在しない。このため、ＤＰＦの再生操作のためにＮＯ_X吸収剤中の硫酸塩粒子が粗大化することがなくＳ被毒解消操作により完全にＳ被毒を解消することができる。
【００３４】
図２、図３は、上記ＮＯ_X吸収剤のＳ被毒解消操作を説明するフローチャートである。図２、図３の操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。
図２においてルーチンがスタートすると、ステップ２０１では現在ＤＰＦ１０ａ、１０ｂのうちどちらのＤＰＦが稼働中か（どちらのＤＰＦに排気を流しているか）が排気切り換え弁９の位置から判定される。ステップ２０１で、例えばＤＰＦ１０ａが稼働中であった場合にはルーチンはステップ２０３に進み、ＤＰＦ１０ａのＳＯ_X吸収量が所定値以上になったか否か、すなわちＤＰＦ１０ａのＳＯ_XカウンタＣＳＡの値が所定値ＣＳ₀以上になったか否かを判定する。ＳＯ_XカウンタＣＳＡはＤＰＦ１０ａのＳＯ_X吸収量を表すカウンタであり後述するカウンタ設定ルーチン（図４）によりカウントアップされる。
【００３５】
ステップ２０３でＣＳＡ≧ＣＳ₀、すなわちＤＰＦ１０ａのＳＯ_X吸収量が増大している場合には、ステップ２０５に進み、排気切り換え弁９を切り換えて機関排気の略全量をＤＰＦ１０ｂ側に流し、ステップ２０７でＤＰＦ１０ａに通電して温度を５００℃以上、好ましくは６００℃程度まで上昇させるとともに、還元剤供給装置１２のノズル１２ａからＤＰＦ１０ａに還元剤を供給する。これにより、ＤＰＦ１０ａは排気流から隔離され高温かつリッチ空燃比雰囲気になるためＤＰＦ１０ａ内のＮＯ_X吸収剤に吸収されたＳＯ_Xが放出される。ステップ２０９では、このＳ被毒解消操作をＤＰＦ１０ａに吸収されたＳＯ_Xの量（カウンタ値ＣＳ₀に対応する量）を放出させるのに十分な時間として予め実験等により設定された時間だけ継続する。
【００３６】
ステップ２０９で所定の時間Ｓ被毒解消操作を実行してＮＯ_X吸収剤内のＳＯ_Xを完全に放出させた後ステップ２１１ではＳＯ_XカウンタＣＳＡの値を０にリセットし、その後ステップ２１３でＤＰＦ１０ａの再生操作の要否を判定する。ステップ２１３では、ＤＰＦ１０ａが捕集したパティキュレートの量が所定量以上か否か、すなわちＤＰＦ１０ａのパティキュレートカウンタＣＰＡの値が予め定めた所定値ＣＰ₀以上か否かにより再生操作の要否を判定する。パティキュレートカウンタＣＰＡはＤＰＦ１０ａのパティキュレート捕集量を表すカウンタであり、ＳＯ_XカウンタＣＳＡと同様、図４のカウンタ設定ルーチンによりカウントアップされる。ステップ２１３でＤＰＦ１０ａの再生操作が必要（ＣＰＡ≧ＣＰ₀）であった場合には、次にステップ２１５で二次空気供給装置１３のノズル１３ａからＤＰＦ１０ａに二次空気を供給する。ステップ２１７ではＤＰＦ１０ａの温度が過度に上昇しない範囲（例えば８００℃以下）で出来るだけ高温になるように予め定めた量の二次空気と還元剤が必要に応じてＤＰＦ１０ａに供給され、ＤＰＦ１０ａに捕集されたパティキュレートの量（ＣＰ₀）を燃焼させるのに十分な時間として予め実験等により設定された時間だけこの状態に保持される。
【００３７】
所定の時間が経過してステップ２１７のＤＰＦ１０ａの再生操作が完了するとステップ２１８で二次空気と還元剤との供給が停止されるとともに、ＤＰＦ１０ａへの通電が停止される。そして、ステップ２１９ではパティキュレートカウンタＣＰＡの値は０にリセットされ本ルーチンは終了する。
また、ステップ２１３でＣＰＡ＜ＣＰ₀、すなわちＤＰＦ１０ａの再生操作が必要ないと判定された場合には、ステップ２２１でＤＰＦ１０ａへの通電を停止するとともに、ノズル１２ａからの還元剤供給を停止してルーチンを終了する。これにより、次に排気切り換え弁９がＤＰＦ１０ａ側に切り換えられるまでＤＰＦ１０ａは排気流から隔離された状態に保持される。
【００３８】
一方、ステップ２０３でＣＳＡ＜ＣＳ₀、すなわちＤＰＦ１０ａのＳ被毒解消操作の必要がないと判断された場合にはルーチンはステップ２２３に進み、ＮＯ_X吸収剤の再生操作が必要か否かを判定する。ステップ２２３では、ＮＯ_XカウンタＣＮＡの値が予め定めた所定値ＣＮ₀以上か否かによりＮＯ_X吸収剤再生操作の要否を判定する。ここで、ＣＮＡはＤＰＦ１０ａに吸収されたＮＯ_Xの量を表すカウンタであり，図４のカウンタ設定ルーチンでカウントアップされる。
【００３９】
ステップ２２３でＣＮＡ≧ＣＮ₀、すなわちＤＰＦ１０ａのＮＯ_X吸収剤に吸収されたＮＯ_X量が所定値を越えている場合にはステップ２２５で排気切り換え弁９がＤＰＦ１０ｂ側に排気を流す位置に切り換えられ、ＤＰＦ１０ａは排気流から隔離される。また、ステップ２２７では還元剤供給装置１２のノズル１２ａから還元剤がＤＰＦ１０ａに供給され、ＤＰＦ１０ａは比較的低温でかつリッチ空燃比雰囲気に保持される。これにより、ＤＰＦ１０ａのＮＯ_X吸収剤に吸収されたＮＯ_Xが放出、還元浄化される。ステップ２２７では、このＮＯ_X吸収剤再生操作ををＤＰＦ１０ａのＮＯ_X吸収剤に吸収されたＮＯ_X量（カウンタ値ＣＮ₀に対応する量）を放出させるのに十分な時間として予め実験等により設定された時間だけ継続する。そして、ステップ２２９で所定の時間が経過しＮＯ_X吸収剤の再生操作が完了するとステップ２３０でノズル１２ａからの還元剤供給を停止してステップ２３１でカウンタＣＮＡの値を０にリセットした後ルーチンを終了する。これにより、ＮＯ_X吸収剤再生終了後のＤＰＦ１０ａは次回のＮＯ_X吸収操作に備えて排気流から隔離された状態に保持される。また、ステップ２２３でＤＰＦ１０ａのＮＯ_X吸収剤の再生を行う必要がない場合には、ステップ２２３から直ちにルーチンを終了し、ＤＰＦ１０ａによるパティキュレート捕集とＮＯ_Xの吸収とが続けられる。
【００４０】
なお、ステップ２０１で現在ＤＰＦ１０ｂが稼働中であった場合には、図３ステップ２３３から２６１でＤＰＦ１０ｂについて上記と同じ操作が実行される。ステップ２３３から２６１は、ステップ２０３から２３１と同様な操作であるのでここでは説明を省略する。なお、ステップ２３３のＣＳＢ、ステップ２４３のＣＰＢ、ステップ２５３のＣＮＡは、それぞれＤＰＦ１０ｂのＳＯ_Xカウンタ、パティキュレートカウンタ、ＮＯ_Xカウンタであり、ＣＳＡ、ＣＰＢ、ＣＮＡと同じ機能を有している。
【００４１】
図４は、図２、図３のＳＯ_Xカウンタ（ＣＳＡ、ＣＳＢ）、パティキュレートカウンタ（ＣＰＡ、ＣＰＢ）及びＮＯ_Xカウンタ（ＣＮＡ、ＣＮＢ）をカウントアップするカウンタ設定操作を示すフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。
本操作では、一定時間毎に各カウンタの値を機関の運転条件から定まる量ずつ増大させる操作を行う。前述のように各カウンタの値はそれぞれのＤＰＦに吸収されたＳＯ_XやＮＯ_X、捕集されたパティキュレートの量を表している。本ルーチンでは、以下のように各カウンタの値を設定する。
【００４２】
まず、ＤＰＦに吸収されたＳＯ_Xの量について考える。稼働中のＤＰＦに単位時間当たりに吸収されるＳＯ_Xの量は、機関で単位時間当たりに発生するＳＯ_Xの量に比例する。一方、機関で単位時間当たりに発生するＳＯ_Xの量は機関負荷条件（燃料供給量）によって定まるため、機関負荷条件が定まれば稼働中のＤＰＦに吸収されるＳＯ_X量を知ることができる。本実施形態では、予め機関負荷条件（アクセル開度、回転数）を変えて機関が単位時間当たりに発生するＳＯ_X量を実測し、稼働中のＤＰＦに単位時間（図４のルーチンの実行間隔に相当する時間）当たりに吸収されるＳＯ_X量を算出し、アクセル開度と機関回転数とを用いた数値マップの形でＥＣＵ３０のＲＯＭに格納している。本ルーチンでは、機関回転数とアクセル開度とから上記マップを用いて前回ルーチン実行時から今回ルーチン実行時までに吸収されたＳＯ_X量を算出し、ＳＯ_XカウンタをこのＳＯ_X吸収量だけ増大させる。これによりＳＯ_Xカウンタの値は常にＤＰＦに吸収されたＳＯ_Xの量を表すようになる。
【００４３】
また、ＳＯ_Xの場合と同様、稼働中のＤＰＦに単位時間当たりに吸収または捕集されるＮＯ_Xとパティキュレートとの量も機関負荷条件により定まる。そこで、本実施形態ではＮＯ_X量とパティキュレート量とについてもＳＯ_Xの場合と同様、予め機関の負荷条件を変えて計測を行い、単位時間当たりに稼働中のＤＰＦに吸収または捕集されるＮＯ_Xとパティキュレートとの量をそれぞれアクセル開度と機関回転数とを用いた数値マップとしてＥＣＵ３０のＲＯＭに格納している。そして、本ルーチンではルーチン実行毎に機関回転数とアクセル開度とから単位時間当たりにＤＰＦに蓄積されるＮＯ_Xとパティキュレートとの量を算出し、ＮＯ_Xカウンタとパティキュレートカウンタとの値をこの蓄積量にだけ増大させる。これにより、ＮＯ_Xカウンタとパティキュレートカウンタとの値は常にＤＰＦ内に吸収または捕集されたＮＯ_X量とパティキュレート量とをそれぞれ表すようになる。
【００４４】
以下、図４のフローチャートについて説明する。図４でルーチンがスタートすると、ステップ４０１ではアクセル開度ＡＣＣと機関回転数ＮＥとがそれぞれ対応するセンサから読み込まれる。そして、ステップ４０３ではＥＣＵ３０のＲＯＭに格納されたそれぞれのマップから、ＡＣＣとＮＥとの値に応じてΔＣＳ、ΔＣＰ、ΔＣＮの値が決定される。ここで、ΔＣＰは、稼働中のＤＰＦに単位時間当たりに捕集されるパティキュレート量、ΔＣＳとΔＣＮとはそれぞれ稼働中のＤＰＦのＮＯ_X吸収剤に単位時間当たりに吸収されるＮＯ_XとＳＯ_Xとの量である。
【００４５】
次いで、ステップ４０５では、現在ＤＰＦ１０ａ、１０ｂのうちどちらのＤＰＦが稼働中かが判定され、ＤＰＦ１０ａが運転中であればステップ４０７から４０９でＤＰＦ１０ａ用のＳＯ_XカウンタＣＳＡ、パティキュレートカウンタＣＰＡ、ＮＯ_XカウンタＣＮＡがそれぞれステップ４０３で算出したΔＣＳ、ΔＣＰ、ΔＣＮだけ増大される。また、ステップ４０５で現在ＤＰＦ１０ｂが運転中であった場合には、同様にＤＰＦ１０ｂ用の各カウンタＣＳＢ、ＣＰＢ、ＣＮＢがそれぞれΔＣＳ、ΔＣＰ、ΔＣＢだけ増大される。これにより、各ＤＰＦのカウンタはそれぞれのＤＰＦに蓄積されたＳＯ_XとＮＯ_X及びパティキュレートの量を正確に表すことになる。なお、図２、図３で説明したようにＳ被毒解消操作とＮＯ_X吸収剤再生操作及びＤＰＦ再生操作が終了するとそれぞれのカウンタの値は０にリセットされる。
【００４６】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。
図５は本発明の別の実施形態の概略構成を示す図である。図６において、図１と同じ参照符号は同様の要素を表している。
本実施形態においても、内燃機関１としてはディーゼルエンジンが使用される。本実施形態では、図１の実施形態と異なり機関１の排気通路６は分岐通路を有しておらず、排気通路６上には上流側から三元触媒（または酸化触媒）５１とＮＯ_X吸収剤５３とが配置されている。
【００４７】
また、本実施形態では、排気通路６のＮＯ_X吸収剤５３入口（三元触媒５１下流側）にはＮＯ_X吸収剤５３に流入する排気の温度を検出する排気温度センサ５５が設けられており、排気温度に対応する電圧信号がＥＣＵ３０の入力ポートに供給されている。更に、本実施形態では図１の還元剤供給装置１２及びノズル１２ａは設けられていない。
【００４８】
本実施形態の三元触媒５１は、ハニカム状に成形したコージェライト等の担体を用いて、この担体表面にアルミナの薄いコーティングを形成し、このアルミナ層に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ等の貴金属触媒成分を担持させたものが用いられる。三元触媒５１は、リーン空燃比排気中のＨＣ、ＣＯ成分を酸化する他、機関１の排気中に含まれるＳＯＦ（可溶有機成分）を酸化する機能を有する。また、三元触媒の代わりに、三元触媒と同様の担体上に白金Ｐｔ等の酸化触媒成分を担持させた酸化触媒を用いても、三元触媒と同様に排気中のＨＣ、ＣＯ成分やＳＯＦの浄化を行うことができる。
【００４９】
本実施形態のＮＯ_X吸収剤５３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の成分と、白金Ｐｔのような貴金属とを担持したものである。本実施形態においても、ＮＯ_X吸収剤５３の機能は図１のＮＯ_X吸収剤と同一である。
【００５０】
図５の実施形態では、内燃機関１としてディーゼルエンジンが使用されているため、排気中には未燃燃料や未燃潤滑油等からなるＳＯＦが比較的多く含まれている。これらのＳＯＦは運転中三元触媒５１によりその一部が酸化されるものの、一部は酸化されずに三元触媒上に付着する。前述したように、ディーゼルエンジンの排気温度は比較的低いため、三元触媒に付着したＳＯＦはそのままでは酸化されず、運転時間とともに三元触媒上のＳＯＦの付着量が増大する。ＳＯＦの付着により三元触媒５１上の三元触媒成分が覆われると、覆われた部分は排気ガスと接触できなくなり触媒としての機能を果たさなくなる。このため、ＳＯＦの付着により三元触媒の機能が低下するいわゆるＳＯＦ被毒が生じるようになる。
【００５１】
このＳＯＦ被毒を解消するためには、三元触媒５１を排気空燃比がリーンな状態で高温にして付着したＳＯＦを燃焼させる必要がある。ところが、本実施形態においても三元触媒５１下流側にＮＯ_X吸収剤が配置されているため、ＳＯＦ被毒解消のためにリーン空燃比かつ高温にされた排気がＮＯ_X吸収剤５３に流入すると、硫酸塩粒子の粗大化が生じてしまう問題がある。このため、本実施形態においても、三元触媒５１のＳＯＦ被毒解消操作を行う場合には予めＮＯ_X吸収剤５３のＳ被毒解消操作を行いＮＯ_X吸収剤５３からＳＯ_Xを放出させるようにしている。
【００５２】
また、ディーゼルエンジンは比較的排気温度が低いが、運転条件（負荷）によっては排気温度が高くなる場合がある。このため、三元触媒５１のＳＯＦ被毒解消操作中以外でも高温かつリーン空燃比の排気がＮＯ_X吸収剤５３に流入する場合が生じる。この場合には、三元触媒５１のＳＯＦ被毒解消操作を行わなくても高温かつリーン空燃比の排気によりＮＯ_X吸収剤５３中の硫酸塩粒子の粗大化が生じる可能性がある。そこで、本実施形態では前述の実施形態と同様に、ＮＯ_X吸収剤５３のＳＯ_X吸収量に応じてＳ被毒解消操作を行う他に排気温度に応じたＳ被毒解消操作を行う。すなわち、本実施形態では排気温度センサ５５によりＮＯ_X吸収剤５３に流入する排気の温度ＴＥを監視し、ＴＥが所定の温度ＴＥ₀に到達した場合にはＮＯ_X吸収剤５３に流入する排気をリッチ空燃比にして、まずＮＯ_X吸収剤５３からＳＯ_Xを放出させるようにしている。ここで、所定の温度ＴＥ₀とはＮＯ_X吸収剤中の硫酸塩がシンタリングにより粗大化を生じる温度の下限値よりやや低い温度とされる。これにより、ＳＯ_X放出後に機関排気温度が更に上昇して硫酸塩粒子の粗大化が生じる温度に到達した場合であっても、ＮＯ_X吸収剤中には粗大化すべき硫酸塩が存在しないため、硫酸塩粒子の粗大化によりＳ被毒解消が困難になることがない。
【００５３】
次に、本実施形態におけるＳ被毒解消操作について説明する。本実施形態では、ＮＯ_X吸収剤５３に高温かつリッチな排気を供給すべきときには、ディーゼルエンジン１において、通常の燃料噴射に加えて各気筒の膨張行程若しくは排気行程中に追加の燃料噴射を行う。膨張行程または排気行程（以下、単に排気行程と言う）で気筒内に噴射された燃料は気筒内で燃焼することなく気化し、排気とともに気筒から排出される。従って、排気行程での噴射を行った場合には機関１の排気には多量の未燃燃料（ＨＣ）が含まれるようになる。しかも、排気行程燃料噴射では噴射された燃料が燃焼しないため、比較的多量の燃料を噴射して排気空燃比をリッチにしても筒内圧力の上昇や気筒発生トルクの増大は生じない。このため、ディーゼルエンジンにおいても排気行程燃料噴射により、前述の実施形態において還元剤を排気通路に噴射した場合と同様に排気空燃比をリッチ空燃比にすることが可能となる。
【００５４】
すなわち、排気行程燃料噴射により排気に供給された燃料は、まず上流側の三元触媒５１に流入し、酸化される。これにより、排気の空燃比が低下してリッチ空燃比になるとともに、燃料の酸化（燃焼）により排気温度が上昇する。この、高温かつリッチ空燃比の排気がＮＯ_X吸収剤５３に流入すると、排気行程燃料噴射を実施するまえにすでに温度が上昇していたＮＯ_X吸収剤５３は更に温度が上昇し、ＳＯ_X放出温度（例えば５００℃）になる。このため、ＮＯ_X吸収剤５３からは吸収していたＳＯ_Xが放出されるようになる。ＮＯ_X吸収剤５３に吸収されていたＳＯ_Xの全量が放出されると、排気行程燃料噴射の量は全体で空燃比がリーンになる程度まで減量される。これにより、高温になっていた三元触媒５１では燃料の燃焼が続き高温が維持されるが、三元触媒は酸化雰囲気（リーン空燃比）になり三元触媒に付着していたＳＯＦが燃焼する。この場合、下流側のＮＯ_X吸収剤５３には高温かつリーンの排気が流入することになるが、ＮＯ_X吸収剤中の硫酸塩はすべてＳＯ_Xとして放出された状態であるため、ＮＯ_X吸収剤中には粗大化すべき硫酸塩粒子は存在しない。
【００５５】
このため、本実施形態においては機関運転状態により排気温度が上昇した場合でもＮＯ_X吸収剤中の硫酸塩の粒子粗大化が生じず、Ｓ被毒の解消が容易になる。
図６、図７は本実施形態の上記Ｓ被毒解消操作を説明するフローチャートである。本操作は、ＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。
【００５６】
図６において操作がスタートするとステップ６０１では、排気温度センサ５５からＮＯ_X吸収剤５３入口の排気温度ＴＥが読み込まれ、この排気温度ＴＥが所定値ＴＥ₀より低いか否かが判定される。また、ＴＥ＜ＴＥ₀であった場合には、ステップ６０３に進み、ＳＯ_XカウンタＣＳの値が所定値ＣＳ₀に到達しているか否か、すなわちＮＯ_X吸収剤５３のＳＯ_X吸収量が所定値以上になったか否かが判断される。ここで、ＳＯ_XカウンタＣＳは図２、図３のＣＳＡ、ＣＳＢと同様なＳＯ_X吸収量を表すカウンタであり、図８の操作により設定される。
【００５７】
ステップ６０３でＮＯ_X吸収剤５３のＳＯ_X吸収量が所定値に到達していた場合には、ステップ６０５から６０９ではＮＯ_X吸収剤のＳ被毒解消操作が行われる。すなわち、ステップ６０５では機関１の排気行程燃料噴射が実行され、上流側の三元触媒５１には未燃燃料を多く含むリーン空燃比の排気が流入するようになる。これにより、三元触媒５１上での燃料の燃焼により排気温度が上昇するとともに排気中の酸素濃度が低下し空燃比がリッチになる。この高温リッチの排気は下流側のＮＯ_X吸収剤に流入するため、ＮＯ_X吸収剤５３からは吸収したＳＯ_Xが放出されるようになる。そして、ステップ６０７では、所定の時間が経過するまでＳ被毒解消操作が続けられる。この所定時間は、ＣＳ₀の量のＳＯ_Xを放出させるのに充分な時間であり、予め実験等により定められる。なお、Ｓ被毒解消操作中の排気行程燃料噴射量は、ＮＯ_X吸収剤５３のＳ被毒を解消することができる程度に排気空燃比をリッチにする量とされる。
【００５８】
ステップ６０７で所定時間が経過すると、ステップ６０９ではＳＯ_XカウンタＣＳの値はクリアされ、Ｓ被毒解消操作は終了する。
なお、本実施形態においてもＮＯ_X吸収剤５３に電気ヒータを設け、ステップ６０５で排気行程燃料噴射を開始するとともにＮＯ_X吸収剤をヒータを用いて加熱するようにすれば、ＮＯ_X吸収剤の温度を更に上昇させて短時間でＳ被毒解消操作を終了させることができる。
【００５９】
図７ステップ６１１からステップ６１７は三元触媒５１のＳＯＦ被毒解消操作を示す。本ＳＯＦ被毒解消操作は常にＮＯ_X吸収剤５３のＳ被毒解消操作終了後に行われる。
ステップ６１１ではＳＯＦカウンタＣＦの値が所定値ＣＦ₀に到達したか否かが判定される。ここで、ＳＯＦカウンタＣＦは三元触媒５１へのＳＯＦ付着量を表すカウンタであり、ＳＯ_XカウンタＣＳと同様、図８の操作により機関運転状態に基づいて設定される。
【００６０】
ステップ６１１でＣＦ≧ＣＦ₀、すなわち三元触媒へのＳＯＦ付着量が所定値に到達していた場合には、ステップ６１３では機関１の排気行程燃料噴射量が排気空燃比がリーン空燃比になるまで低減される。これにより、三元触媒では燃料の燃焼が継続し高温は維持されるものの、燃焼後の排気はリーン空燃比になるため、三元触媒は酸化雰囲気となる。このため、三元触媒上では付着したＳＯＦが燃焼する。この高温リーン空燃比の排気は下流側のＮＯ_X吸収剤５３に流入するが、ＮＯ_X吸収剤５３からは硫酸塩がＳＯ_Xの形で放出された後であるため、硫酸塩粒子の粗大化は生じない。
【００６１】
ステップ６１５では、所定時間が経過するまでＳＯＦ被毒解消操作が続けられる。この所定時間は、ＣＦ₀に相当する量のＳＯＦを燃焼させるのに充分な時間であり、予め実験等により設定される。そして、ステップ６１５で所定時間が経過すると、ステップ６１６では機関１の排気行程燃料噴射が停止され、ステップ６１７ではＳＯＦカウンタＣＦの値がクリアされ、三元触媒のＳＯＦ被毒解消操作が終了する。
【００６２】
ステップ６１１でＣＦ＜ＣＦ₀の場合には、ＳＯＦ付着量が少くＳＯＦ被毒が生じていないため、ステップ６１９で排気行程燃料噴射を停止し、操作を終了する。すなわち、ＳＯＦ被毒解消操作は行わない。
ステップ６０３で、ＳＯ_X吸収量が所定値に到達していない場合には、図７ステップ６２１から６２７でＮＯ_X吸収剤５３からのＮＯ_X放出操作が行われる。すなわち、ステップ６２１ではＮＯ_X吸収量カウンタＣＮの値が所定値ＣＮ₀に到達したか否かが判定され、ＣＮ≧ＣＮ₀であった場合にはステップ６２３でＮＯ_X放出操作のための排気行程燃料噴射が行われる。このＮＯ_X放出操作時にはＳ被毒解消操作時ほどＮＯ_X吸収剤温度を上昇させる必要はないため、ステップ６２３における排気行程燃料噴射量はステップ６０５におけるものより少なく、排気空燃比をリッチ空燃比に維持するのに充分な程度の量であれば良い。
【００６３】
この排気行程燃料噴射は、ステップ６２５で所定時間が経過するまで続けられる。この所定時間はカウンタ値ＣＮ₀に相当する量のＮＯ_XをＮＯ_X吸収剤から放出させるのに充分な時間であり、予め実験等により設定される。そして、ステップ６２５で所定時間が経過するとステップ６２６では排気行程燃料噴射が停止され、ステップ６２７ではＮＯ_XカウンタＣＮの値がクリアされＮＯ_X放出操作が終了する。
【００６４】
ステップ６２９から６３５は機関排気温度が上昇してＮＯ_X吸収剤中の硫酸塩粒子が粗大化する可能性がある場合のＳ被毒解消操作である。
すなわち、ステップ６０１でＮＯ_X吸収剤５３に流入する排気温度が所定値ＴＥ₀以上になっていた場合には、排気温度が硫酸塩粒子が粗大化する温度まで上昇する前にＳ被毒解消操作を行ってＮＯ_X吸収剤中の硫酸塩をＳＯ_Xとして放出させておく必要がある。そこで、この場合にはステップ６２９に進み、ＳＯ_Xカウンタの値に関係なくステップ６０５と同じ排気行程燃料噴射を実行する。そして、ステップ６３１ではＳＯ_XカウンタＣＳの値に基づいてＳ被毒解消操作を継続すべき時間、すなわちＮＯ_X吸収剤５３に吸収されたＳＯ_Xを全て放出させるのに必要な時間Ｔが決定される。本実施形態では、予めＳＯ_X吸収量を変えて実験を行い、ＳＯ_Xカウンタの値とＳＯ_X放出に必要な時間との関係を求め、ＥＣＵ３０のＲＯＭに格納してある。ステップ６３１では、この現在のＳＯ_XカウンタＣＳの値から、この関係に基づいてＳ被毒解消操作継続時間Ｔが決定される。そして、ステップ６３３では、ステップ６３１で算出した時間Ｔが経過するまでＳ被毒解消操作が続けられる。
【００６５】
ステップ６３３で必要な時間Ｔが経過した場合にはステップ６３５でＳＯ_XカウンタＣＳの値はクリアされ、次に図７ステップ６１１に進み、必要な場合には続いて三元触媒５１のＳＯＦ被毒解消操作が実行される。
なお、本実施形態では排気行程燃料噴射により各種被毒解消操作を行っているが、排気行程燃料噴射を行う代わりに三元触媒５１上流側の排気通路に図１と同様の還元剤供給装置１２と噴射ノズル１２ａとを設け、ステップ６０５、６１３、６２３及び６２９では排気行程燃料噴射を行う代わりに三元触媒５１上流側の排気通路に還元剤（軽油）を噴射するようにしても良い。
【００６６】
図８は、図６、図７のＳＯ_XカウンタＣＳ、ＳＯＦカウンタＣＦ及びＮＯ_XカウンタＣＮの設定操作を示すフローチャートである。本操作では、図４と同様に機関の負荷（アクセル開度ＡＣＣ）と回転数ＮＥとに基づいて単位時間当たりのＮＯ_X吸収剤５３へのＳＯ_XとＮＯ_Xとの吸収量ΔＣＳとΔＣＮとを予めＥＣＵ３０のＲＯＭに格納した数値マップから算出し（ステップ８０３）、ΔＣＳとΔＣＮとの積算値としてＣＳとＣＮとを設定する（ステップ８０５、８０９）。また、本実施形態では、同様に機関負荷ＡＣＣと回転数ＮＥとの各条件における三元触媒５１への単位時間当たりのＳＯＦ付着量ΔＣＦを実験等により求めておき、予めＡＣＣ、ＮＥとΔＣＦとの関係を数値マップに格納してある。そして、ＣＳ、ＣＮと同様に機関負荷、回転数からΔＣＦの値を算出し（ステップ８０３）、ΔＣＦの積算値としてＳＯＦカウンタＣＦの値が設定される（ステップ８０７）。
【００６７】
図９、図１０は本発明の他の実施形態の概略構成を説明する図である。
図９、図１０において図１、図５と同じ参照符号は同一の要素を表している。
図９は、図５の三元触媒５１に代えてパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）９１を設けた場合を示す。このＤＰＦ９１は図１の実施形態のものと同様な構成であるが、ＮＯ_X吸収剤を排気通路壁面に担持していない点が図１の実施形態のものと異っている。また、図９の実施形態は、ＤＰＦ９１上流側の排気通路に還元剤を噴射する図２と同様な還元剤供給装置１２及び噴射ノズル１２ａを設けた場合を示しているが、図５の実施形態と同様、還元剤供給装置１２を設けずに排気行程燃料噴射により還元剤（燃料）をＤＰＦ９１とＮＯ_X吸収剤５３とに供給するようにしても良い。また、本実施形態ではＤＰＦ９１とＮＯ_X吸収剤５３とは、それぞれ金属製の担体を有しており、図５と同様にそれぞれ電気ヒータとして機能する。このため、排気温度が低い時のＮＯ_X吸収剤５３のＳ被毒解消操作、及びその後のＤＰＦ９１のパティキュレート燃焼操作時には還元剤の供給と同時にそれぞれの担体に通電を行い担体温度を上昇させることが可能となっている。本実施形態においても、図６、図７の実施形態と同様ＮＯ_X吸収剤５３のＳＯ_X吸収量をＳＯ_Xカウンタで監視し、ＳＯ_X吸収量が増大した場合には還元剤供給装置１２から排気に還元剤を供給するとともに、ＮＯ_X吸収剤５３に通電を行いＳ被毒解消操作を行う。また、本実施形態では図２、図３と同様にパティキュレートカウンタを用いてＤＰＦ９１のパティキュレート捕集量を監視しており、パティキュレート捕集量が増大した場合には上記ＮＯ_X吸収剤のＳ被毒解消操作終了後に還元剤供給装置１２からの還元剤供給量を低減するとともに、パティキュレート９１に通電を行いパティキュレートの燃焼を行う。また、ＮＯ_X吸収剤５３に流入する排気温度が硫酸塩粒子の粗大化を生じる温度付近まで上昇した場合には、ＮＯ_X吸収剤のＳＯ_X吸収量に応じた時間だけＳ被毒解消操作を行うのは図６、図７の実施形態と同様である。
【００６８】
図１０は、図９の実施形態においてＮＯ_X吸収剤をパティキュレートフィルタに担持させ、図１の実施形態と同様ＤＰＦ兼ＮＯ_X吸収剤１００１として機能させた場合の構成を示す。また、図１０の実施形態では排気行程燃料噴射によりＤＰＦ兼ＮＯ_X吸収剤１００１に還元剤を供給する場合を示しており、図９の還元剤供給装置は設けられていない。この場合のＳ被毒解消操作、ＮＯ_X放出操作及びパティキュレートの燃焼操作は図９の実施形態と同様であるので説明は省略する。
【００６９】
なお、上述の各実施形態は内燃機関１としてディーゼルエンジンを使用した場合を例にとって説明したが、本発明は、内燃機関１として例えば一部の運転領域でリーン空燃比運転を行うガソリン機関にも同様に適用できることはいうまでもない。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、排気浄化手段に捕集または付着した有害物質を酸化雰囲気下で燃焼させる操作は、常に下流側のＮＯ_X吸収剤の硫黄被毒解消操作終了後に行われる。従って、ＮＯ_X吸収剤はＳＯ_Xを吸収した状態で高温かつリーン空燃比の雰囲気に曝されることがないため、ＮＯ_X吸収剤中の硫酸塩粒子が粗大化することがなく硫黄被毒を容易に解消することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を自動車用ディーゼル機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１の実施形態の硫黄被毒解消操作を説明するフローチャートの一部である。
【図３】図１の実施形態の硫黄被毒解消操作を説明するフローチャートの一部である。
【図４】図２、図３に使用するカウンタ値の設定操作を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の排気浄化装置の、図１とは異なる実施形態の概略構成を示す図である。
【図６】図５の実施形態の硫黄被毒解消操作を説明するフローチャートの一部である。
【図７】図５の実施形態の硫黄被毒解消操作を説明するフローチャートの一部である。
【図８】図６、図７に使用するカウンタ値の設定操作を説明するフローチャートである。
【図９】本発明の排気浄化装置の、図１、図５とは別の実施形態の概略構成を示す図である。
【図１０】本発明の排気浄化装置の、図１、図５、図９とは別の実施形態の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１…ディーゼル機関
６ａ、６ｂ…排気分岐通路
９…排気切り換え弁
１０ａ、１０ｂ…パティキュレートフィルタ
１２…還元剤供給装置
１３…二次空気供給装置
３０…ＥＣＵ
５１…三元触媒または酸化触媒

Claims

内燃機関の排気通路に配置され、流入排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ_Xを吸収し流入排気の酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸収剤と、
前記ＮＯ_X吸収剤上流側の排気通路に配置され、流入排気中の有害成分を除去する排気浄化手段と、
前記ＮＯ_X吸収剤の温度を上昇させるとともに、前記ＮＯ_X吸収剤に流入する排気の酸素濃度を低下させることにより前記ＮＯ_X吸収剤を硫黄被毒から回復させる硫黄被毒解消手段と、
前記排気浄化手段の温度を上昇させるとともに、前記排気浄化手段に流入する排気の空燃比をリーン空燃比にすることにより前記排気浄化手段に捕集または付着した排気中の有害成分を燃焼させる燃焼手段と、
前記硫黄被毒解消手段を作動させ、前記ＮＯ_X吸収剤が硫黄被毒から回復した後にのみ前記燃焼手段を作動させて前記排気浄化手段に捕集または付着した排気中の有害成分を燃焼させる制御手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置。
前記排気浄化手段は、排気中の可溶有機成分を酸化する、酸化触媒または三元触媒であり、前記有害成分は排気中の可溶有機成分である請求項１に記載の排気浄化装置。
前記排気浄化手段は、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタであり、前記有害成分は排気中のパティキュレートである請求項１に記載の排気浄化装置。