JP3791470B2

JP3791470B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3791470B2
Application number: JP2002193476A
Authority: JP
Inventors: 好一郎中谷; 信也広田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2002-07-02
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2022-07-02
Also published as: US20040003588A1; DE10329647B4; DE10329647A1; FR2841935B1; FR2841935A1; US7040087B2; JP2004036450A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガス中のＳＯ_Ｘを一時的に蓄えるＳＯ_Ｘ蓄積剤、例えばＮＯ_Ｘ触媒を配置し、ＮＯ_Ｘ触媒を迂回してＮＯ_Ｘ触媒上流の排気通路とＮＯ_Ｘ触媒下流の排気通路とを互いに接続するバイパス通路を設け、ほぼ全ての排気ガスをＮＯ_Ｘ触媒内に導く位置と、排気ガスのわずかな一部をＮＯ_Ｘ触媒内に導きながら残りの排気ガスをバイパス通路内に導くバイパス位置との間を切替可能な切替弁を具備し、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＳＯ_ＸをＮＯ_Ｘ触媒から排出させるべきときには、切替弁をバイパス位置に保持しつつ、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチに切り替えるようにした内燃機関の排気浄化装置が知られている。切替弁がバイパス位置に保持されるとＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの量が低減されるので、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにするのに必要な還元剤の量を低減することができる。ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチに切り替えられるとＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられていたＳＯ_ＸがＳＯ_２，Ｈ_２Ｓの形でＮＯ_Ｘ触媒から排出され、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＳＯ_Ｘの量が減少する。
【０００３】
ところが、切替弁がバイパス位置に保持されるとこのとき大部分の排気ガスがＮＯ_Ｘ触媒を迂回することになり、その結果多量のＨＣ，ＣＯが大気中に排出される恐れがある。
【０００４】
ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチであっても、バイパス通路の流出端が開口する部分よりも下流の排気通路内を流通する排気ガスの平均空燃比はリーンになっている。そこで、バイパス通路の流出端が開口する部分よりも下流の排気通路内に酸化能を有する補助触媒を配置すれば、この問題点は解決できると考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、補助触媒の温度が高いときに補助触媒内に流入する排気ガス中の還元剤量が少ないと、このときＮＯ_Ｘ触媒から排出されたＳＯ_２，Ｈ_２Ｓがこの補助触媒でサルフェートＳＯ_３に酸化され、次いでＳＯ_３の形で大気中に排出されるという問題点がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、大気中に排出されるサルフェートの量を低減することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に流入する排気ガス中のＳＯ_Ｘを一時的に蓄えるＳＯ_Ｘ蓄積剤を配置すると共に、該ＳＯ_Ｘ蓄積剤下流の排気通路内に酸化能を有する補助触媒を配置し、ＳＯ_Ｘ蓄積剤内に蓄えられているＳＯ_ＸがＳＯ_Ｘ蓄積剤から排出されるときに、補助触媒の雰囲気が、補助触媒内に流入する排気ガス中の還元剤の量が許容下限量よりも少なくかつ補助触媒の温度が許容上限温度よりも高いサルフェート生成雰囲気にあるときには、補助触媒の雰囲気をサルフェート生成雰囲気以外の雰囲気に変更し、サルフェート生成雰囲気以外の雰囲気にあるときには、補助触媒の雰囲気をサルフェート生成雰囲気以外の雰囲気に保持するようにしている。
【０００８】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、前記補助触媒の雰囲気を前記サルフェート生成雰囲気以外の雰囲気に変更するか又は前記サルフェート生成雰囲気以外の雰囲気に保持するために、補助触媒の温度を前記許容上限温度以下に低下させるか又は前記許容上限温度以下に保持するようにしている。
【０００９】
また、３番目の発明によれば１番目又は２番目の発明において、前記補助触媒の雰囲気を前記サルフェート生成雰囲気以外の雰囲気に変更するか又は前記サルフェート生成雰囲気以外の雰囲気に保持するために、補助触媒に流入する排気ガス中の還元剤の量を前記許容最小量以上に増大させるか又は前記許容最小量以上に保持するようにしている。
【００１０】
また、前記課題を解決するために４番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に流入する排気ガス中のＳＯ_Ｘを一時的に蓄えるＳＯ_Ｘ蓄積剤を配置すると共に、該ＳＯ_Ｘ蓄積剤下流の排気通路内に酸化能を有する補助触媒を配置し、補助触媒の雰囲気が、補助触媒内に流入する排気ガス中の還元剤の量が許容下限量よりも少なくかつ補助触媒の温度が許容上限温度よりも高いサルフェート生成雰囲気にあるとき又はなったときには、ＳＯ_Ｘ蓄積剤内に蓄えられているＳＯ_ＸがＳＯ_Ｘ蓄積剤から排出されるのを阻止するか又は抑制するようにしている。
【００１１】
また、５番目の発明によれば１番目又は４番目の発明において、前記ＳＯ_Ｘ蓄積剤を、流入する排気ガス中のＳＯ_Ｘを硫酸塩の形で蓄える蓄積剤から形成している。
【００１２】
また、６番目の発明によれば１番目又は４番目の発明において、前記ＳＯ_Ｘ蓄積剤を、流入する排気ガス中のＳＯ_Ｘを硫酸塩を形成することなく蓄える蓄積剤から形成している。
【００１３】
なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯのような還元剤との比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００１５】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１８内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００１６】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は排気管２０ａを介して触媒コンバータ２２に接続される。
【００１７】
図１と共に図２を参照すると、触媒コンバータ２２はステップモータ６０により駆動される切替弁６１を具備し、この切替弁６１の流入ポート６２に排気管２０ａの出口が接続される。また、流入ポート６２に対向する切替弁６１の流出ポート６３には触媒コンバータ２２の排気ガス排出管６４が接続される。切替弁６１は更に、流入ポート６２及び流出ポート６３を結ぶ直線の両側において互いに対向する一対の流入流出ポート６５，６６を有しており、これら流入流出ポート６５，６６には触媒コンバータ２２の環状排気管６７の両端がそれぞれ接続される。なお、排気ガス排出管６４の出口には排気管２３が接続される。
【００１８】
環状排気管６７は排気ガス排出管６４を貫通して延びており、環状排気管６７の排気ガス排出管６４内に位置する部分にはフィルタ収容室６８が形成される。このフィルタ収容室６８内には排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ６９が収容される。なお、図２において６９ａ及び６９ｂはパティキュレートフィルタ６９の一端面及び他端面をそれぞれ示している。
【００１９】
パティキュレートフィルタ６９の一端面６９ａを含む触媒コンバータ２２の部分縦断面図を示す図２（Ａ）、及び触媒コンバータ２２の部分横断面図を示す図２（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ６９はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気ガス通路７０，７１を具備する。これら排気ガス通路は一端が開放されかつ他端がシール材７２により閉塞されている排気ガス通路７０と、他端が開放されかつ一端がシール材７３により閉塞されている排気ガス通路７１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分はシール材７３を示している。これら排気ガス通路７０，７１は例えばコージェライトのような多孔質材から形成される薄肉の隔壁７４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス通路７０，７１は各排気ガス通路７０が４つの排気ガス通路７１によって包囲され、各排気ガス通路７１が４つの排気ガス通路７０によって包囲されるように配置される。
【００２０】
パティキュレートフィルタ６９上には後述するようにＮＯ_Ｘ触媒８１が担持されている。一方、切替弁６１の流出ポート６３と環状排気管６７が貫通している部分との間の排気ガス排出管６４内には触媒収容室７５が形成されており、この触媒収容室７５内にはハニカム構造の基材に担持された酸化能を有する補助触媒７６が収容される。
【００２１】
また、切替弁６１の流入流出ポート６５とパティキュレートフィルタ６９間の環状排気管６７にはパティキュレートフィルタ６９に還元剤を供給するための電気制御式還元剤供給弁７７が取り付けられる。還元剤供給弁７７には電気制御式の還元剤ポンプ７８から還元剤が供給される。本発明による実施例では還元剤として内燃機関の燃料即ち軽油が用いられている。なお、本発明による実施例では流入流出ポート６６とパティキュレートフィルタ６９間の環状排気管６７に還元剤供給弁が配置されていない。
【００２２】
更に図１を参照すると、排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００２３】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００２４】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。補助触媒下流７６下流の排気ガス排出管６４には補助触媒７６から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ４８が取り付けられ、温度センサ４８の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。この排気ガスの温度は補助触媒７６の温度を表している。排気管２０ａには排気管２０ａ内の圧力、即ち機関背圧を検出するための圧力センサ４９が取り付けられ、圧力センサ４９の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。
【００２５】
一方、出力ポート４６は対応する駆動回路５３を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、燃料ポンプ２８、切替弁駆動用ステップモータ６０、還元剤供給弁７７、及び還元剤剤ポンプ７８にそれぞれ接続される。
【００２６】
切替弁６１は通常、図３（Ｂ）において実線で示される位置と破線で示される位置とのうちいずれか一方に位置せしめられる。切替弁６１が図３（Ｂ）において実線で示される位置に位置せしめられると、流入ポート６２が切替弁６１によって流出ポート６３及び流入流出ポート６６との連通が遮断されながら流入流出ポート６５に連通され、流出ポート６３が切替弁６１によって流入流出ポート６６に連通される。その結果、図３（Ｂ）において実線の矢印で示されるように排気管２０ａ内を流通する全ての排気ガスが流入ポート６２及び流入流出ポート６５を順次介して環状排気管６７内に流入し、次いでパティキュレートフィルタ６９を通過した後に流入流出ポート６６及び流出ポート６３を順次介して排気ガス排出管６４内に流出する。
【００２７】
これに対し、切替弁６１が図３（Ｂ）において破線で示される位置に位置せしめられると、流入ポート６２が切替弁６１によって流出ポート６３及び流入流出ポート６５との連通が遮断されながら流入流出ポート６６に連通され、流出ポート６３が切替弁６１によって流入流出ポート６５に連通される。その結果、図３（Ｂ）において破線の矢印で示されるように排気管２０ａ内を流通する全ての排気ガスが流入ポート６２及び流入流出ポート６６を順次介して環状排気管６７内に流入し、次いでパティキュレートフィルタ６９を通過した後に流入流出ポート６５及び流出ポート６３を順次介して排気ガス排出管６４内に流出する。
【００２８】
このように切替弁６１の位置を切り替えることによって環状排気管６７内における排気ガスの流れが反転する。言い換えると、排気ガスがＮＯ_Ｘ触媒８１内にその一端面を介し流入しＮＯ_Ｘ触媒８１からその他端面を介し流出するように排気ガスを案内するか、又はＮＯ_Ｘ触媒８１内にその他端面を介し流入しＮＯ_Ｘ触媒８１からその一端面を介し流出するように排気ガスを案内するかを切り替え可能になっている。以下では、図３（Ｂ）において実線で示される排気ガスの流れを順流と称し、破線で示される排気ガスの流れを逆流と称することにする。また、図３（Ｂ）において実線で示される切替弁６１の位置を順流位置と称し、破線で示される切替弁６１の位置を逆流位置と称する。
【００２９】
流出ポート６６を介し排気ガス排出管６４内に流出した排気ガスは図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、次いで触媒７６を通過し、環状排気管６７の外周面に沿いつつ進行した後に排気管２３内に流出する。
【００３０】
パティキュレートフィルタ６９における排気ガスの流れを説明すると、順流時には排気ガスは一端面６９ａを介しパティキュレートフィルタ６９内に流入し、他端面６９ｂを介しパティキュレートフィルタ６９から流出する。このとき、排気ガスは一端面６９ａ内に開口している排気ガス通路７０内に流入し、次いで周囲の隔壁７４内を通って隣接する排気ガス通路７１内に流出する。一方、逆流時には排気ガスは他端面６９ｂを介しパティキュレートフィルタ６９内に流入し、一端面６９ａを介しパティキュレートフィルタ６９から流出する。このとき、排気ガスは他端面６９ｂ内に開口している排気ガス通路７１内に流入し、次いで周囲の隔壁７４内を通って隣接する排気ガス通路７０内に流出する。
【００３１】
パティキュレートフィルタ６９の隔壁７４上即ち例えば隔壁７４の両側面及び細孔内壁面上には、図４に示されるようにＮＯ_Ｘ触媒８１がそれぞれ担持されている。このＮＯ_Ｘ触媒８１は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。
【００３２】
ＮＯ_Ｘ触媒は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはＮＯ_Ｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【００３３】
ＮＯ_Ｘ触媒の蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【００３４】
即ち、ＮＯ_Ｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（ＮＯ＋Ｏ_２→ＮＯ_２＋Ｏ^＊、ここでＯ^＊は活性酸素）。次いで生成されたＮＯ_２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_Ｘ触媒内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ＮＯ_３ ⁻の形でＮＯ_Ｘ触媒内に拡散する。このようにしてＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられる。
【００３５】
これに対し、ＮＯ_Ｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ_２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ＋２Ｏ^＊）に進み、斯くしてＮＯ_Ｘ触媒内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯの形でＮＯ_Ｘ触媒から放出される。この放出されたＮＯ_Ｘは排気ガス中に還元剤即ちＨＣ，ＣＯが含まれているとこれらＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ_Ｘが存在しなくなるとＮＯ_Ｘ触媒から次から次へとＮＯ_Ｘが放出されて還元され、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘの量が次第に減少する。
【００３６】
なお、硝酸塩を形成することなくＮＯ_Ｘを蓄え、ＮＯ_Ｘを放出することなくＮＯ_Ｘを還元することも可能である。また、活性酸素Ｏ^＊に着目すれば、ＮＯ_Ｘ触媒はＮＯ_Ｘの蓄積及び放出に伴って活性酸素Ｏ^＊を生成する活性酸素生成触媒と見ることもできる。
【００３７】
一方、補助触媒７６は本発明による実施例では、アルカリ金属、アルカリ土類、及び希土類を含むことなく貴金属例えば白金Ｐｔを含む貴金属触媒から形成される。しかしながら、補助触媒７６を上述したＮＯ_Ｘ触媒から形成してもよい。
【００３８】
ここで、パティキュレートフィルタ６９は環状排気管６７のほぼ中央部に配置されており、即ち切替弁６１の流入ポート６２からパティキュレートフィルタ６９までの距離と、パティキュレートフィルタ６９から流出ポート６３までの距離とが切替弁６１が順流位置にあるときと逆流位置にあるときとでほとんど変わらない。このことはパティキュレートフィルタ６９の状態例えば温度が切替弁６１が順流位置にあるときと逆流位置にあるときとでほとんど変わらないことを意味しており、従って切替弁６１の位置に応じた特別な制御を必要としない。
【００３９】
本発明による実施例では、機関低負荷運転が行われる毎に切替弁６１が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられる。このようにすると、後の説明からわかるように、パティキュレートフィルタ６９及びＮＯ_Ｘ触媒８１を迂回する微粒子及びＮＯ_Ｘの量を低減することができる。
【００４０】
上述したように順流時であろうと逆流時であろうと排気ガスはパティキュレートフィルタ６９を通過する。また、図１に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、従ってパティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持されている。その結果、排気ガス中のＮＯ_Ｘはパティキュレートフィルタ６９上のＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられる。
【００４１】
時間の経過と共にＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＮＯ_Ｘ量は次第に増大する。そこで本発明による実施例では、例えばＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＮＯ_Ｘ量が許容量を越えたときにはＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられているＮＯ_Ｘを還元しＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を減少させるために還元剤供給弁７７からＮＯ_Ｘ触媒８１に還元剤即ち還元剤を一時的に供給するようにしている。この場合、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる。
【００４２】
一方、排気ガス中に含まれる主に炭素の固体からなる微粒子はパティキュレートフィルタ６９上に捕集される。即ち、概略的に説明すると、順流時には排気ガス通路７０側の隔壁７４の側面上及び細孔内に微粒子が捕集され、逆流時には排気ガス通路７１側の隔壁７４の側面上及び細孔内に微粒子が捕集される。図１に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、また、ＮＯ_Ｘ触媒８１は酸化能を有しているので、パティキュレートフィルタ６９の温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば２５０℃以上に維持されていれば、パティキュレートフィルタ６９上で微粒子が酸化せしめられ除去される。
【００４３】
この場合、上述したＮＯ_Ｘ触媒８１のＮＯ_Ｘの蓄積還元メカニズムによれば、ＮＯ_Ｘ触媒８１内にＮＯ_Ｘが蓄えられるときにもＮＯ_Ｘが放出されるときにも活性酸素が生成される。この活性酸素は酸素Ｏ_２よりも活性が高く、従ってパティキュレートフィルタ６９上に堆積している微粒子を速やかに酸化する。即ち、パティキュレートフィルタ６９上にＮＯ_Ｘ触媒８１を担持させると、パティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの空燃比がリーンであろうとリッチであろうとパティキュレートフィルタ６９上に堆積している微粒子が酸化される。このようにして微粒子が連続的に酸化される。
【００４４】
ところが、パティキュレートフィルタ６９の温度が微粒子を酸化しうる温度に維持されなくなるか又は単位時間当たりにパティキュレートフィルタ６９内に流入する微粒子の量がかなり多くなると、パティキュレートフィルタ６９上に堆積する微粒子の量が次第に増大し、パティキュレートフィルタ６９の圧損が増大する。
【００４５】
そこで本発明による実施例では、例えばパティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量が許容最大量を越えたときには、パティキュレートフィルタ６９に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつパティキュレートフィルタ６９の温度を微粒子酸化要求温度ＴＮＰ例えば６００℃以上まで上昇し次いで微粒子酸化要求温度ＴＮＰ以上に維持する微粒子酸化制御が行われる。この微粒子酸化制御が行われるとパティキュレートフィルタ６９上に堆積した微粒子が着火燃焼せしめられ除去される。なお、図１に示される実施例では、切替弁６１が順流位置又は逆流位置に保持されているときに圧力センサ４９により検出される機関背圧が許容値を越えたときにパティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量が許容最大量を越えたと判断される。
【００４６】
具体的に説明すると、図１に示される実施例では、切替弁６１を順流位置に保持しながら、パティキュレートフィルタ６９に流入する排気ガスの空燃比がリーンに維持されつつパティキュレートフィルタ６９の温度が微粒子酸化要求温度ＴＮＰ以上まで上昇され次いで微粒子酸化要求温度ＴＮＰ以上に維持されるように、還元剤供給弁７７から還元剤が供給される。この還元剤はパティキュレートフィルタ６９上で酸化され、その結果パティキュレートフィルタ６９の温度ＴＮが微粒子酸化要求温度ＴＮＰ以上に上昇され、維持される。
【００４７】
ところで、排気ガス中にはイオウ分がＳＯ_Ｘの形で含まれており、ＮＯ_Ｘ触媒８１内にはＮＯ_ＸばかりでなくＳＯ_Ｘも蓄えられる。このＳＯ_ＸのＮＯ_Ｘ触媒８１内への蓄積メカニズムはＮＯ_Ｘの蓄積メカニズムと同じであると考えられる。即ち、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると、ＮＯ_Ｘ触媒８１に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには上述したように酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気ガス中のＳＯ_２は白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＳＯ_３となる。次いで生成されたＳＯ_３は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_Ｘ触媒８１内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ_４ ⁻の形でＮＯ_Ｘ触媒８１内に拡散する。この硫酸イオンＳＯ_４ ⁻は次いでバリウムイオンＢａ^＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ_４を生成する。
【００４８】
この硫酸塩ＢａＳＯ_４は分解しにくく、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比をただ単にリッチにしてもＮＯ_Ｘ触媒８１内の硫酸塩ＢａＳＯ_４の量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてＮＯ_Ｘ触媒８１内の硫酸塩ＢａＳＯ_４の量が増大し、その結果ＮＯ_Ｘ触媒８１が蓄えうるＮＯ_Ｘの量が減少することになる。
【００４９】
ところが、ＮＯ_Ｘ触媒８１の温度を５５０℃以上に維持しつつＮＯ_Ｘ触媒８１に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチにすると、ＮＯ_Ｘ触媒８１内の硫酸塩ＢａＳＯ_４が分解してＳＯ_３の形でＮＯ_Ｘ触媒８１から放出される。この放出されたＳＯ_３は排気ガス中に還元剤即ちＨＣ，ＣＯが含まれているとこれらＨＣ，ＣＯと反応してＳＯ_２に還元せしめられる。このようにしてＮＯ_Ｘ触媒８１内に硫酸塩ＢａＳＯ_４の形で蓄えられているＳＯ_Ｘの量が次第に減少し、このときＮＯ_Ｘ触媒８１からＳＯ_ＸがＳＯ_３の形で流出することがない。
【００５０】
そこで本発明による実施例では、例えばＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量が許容量を越えたときには、ＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量を減少させるために、ＮＯ_Ｘ触媒８１に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチに維持しつつＳＯ_Ｘ量減少要求温度ＴＮＳ例えば５５０℃以上に維持する蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が行われる。
【００５１】
具体的に説明すると、図１に示される実施例では、切替弁６１を順流位置から逆流位置に又はその逆に交互に繰り返し切り替えながら、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの平均空燃比が例えばわずかばかりリッチに維持されつつＮＯ_Ｘ触媒８１の温度がＳＯ_Ｘ量減少要求温度ＴＮＳ以上に維持されるように、還元剤供給弁７７から還元剤が供給される。
【００５２】
切替弁６１が例えば順流位置から逆流位置に切り替えられる際に、流入ポート６２と流出ポート６３とが一時的に直接的に接続される。このため、切替弁６１が例えば順流位置から逆流位置に切り替えられるときには、ＮＯ_Ｘ触媒８１内を順流方向に流通する排気ガスの量が次第に減少し、ＮＯ_Ｘ触媒８１を迂回する排気ガスの量が次第に増大する。次いで、ＮＯ_Ｘ触媒８１内を流通する排気ガスの量が一旦ゼロになった後に、ＮＯ_Ｘ触媒８１内を逆流方向に流通する排気ガスの量が次第に増大し、ＮＯ_Ｘ触媒８１を迂回する排気ガスの量が次第に減少する。即ち、切替弁６１を順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えるとＮＯ_Ｘ触媒８１内を順流方向に流通する排気ガスの量を一時的に低減することができ、このとき還元剤供給弁７７から還元剤を供給すれば、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの平均空燃比をリッチにするのに必要な還元剤の量を低減することができることになる。このとき供給された還元剤は順流方向の排気ガス流れによってＮＯ_Ｘ触媒８１全体に拡散せしめられる。なお、本発明による実施例では、燃料噴射弁６から供給された燃料及び還元剤供給弁７７から供給された還元剤（燃料）の積算値が求められ、この積算値が予め定められたしきい値を越えたときにＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量が許容量を越えたと判断される。
【００５３】
ところが、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が行われるときにパティキュレートフィルタ６９上に微粒子が堆積していると、この堆積微粒子の温度が高くされつつ堆積微粒子に比較的多量の還元剤が供給されることになる。その結果、堆積微粒子がいわゆる異常燃焼を起こし、パティキュレートフィルタ６９が溶損する恐れがある。
【００５４】
そこで本発明による実施例のＳＯ_Ｘ制御では、ＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量が許容量を越えたときにはまず微粒子酸化制御を行い、次いで蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うようにしている。即ち、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が行われる前にパティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子が除去される。
【００５５】
次に、図５を参照しながら本発明による第１実施例を説明する。図５においてＱＲは還元剤供給弁７７から供給される還元剤の量、ＡＦＡは補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比、ＡＦＮはＮＯ_Ｘ触媒８１内ないしパティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの平均空燃比、ＴＡは補助触媒７６の温度、ＴＮはＮＯ_Ｘ触媒８１ないしパティキュレートフィルタ６９の温度、ＴｉｎはＮＯ_Ｘ触媒８１内ないしパティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの温度をそれぞれ表している。
【００５６】
図５において矢印Ｘで示されるようにＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが許容量ＱＳＵを越えるとまず、微粒子酸化制御が行われる。即ち、切替弁６１が例えば逆流位置から順流位置に切り替えられて保持され、矢印Ｒで示されるように還元剤供給弁７７から還元剤が間欠的に供給される。このとき還元剤供給弁７７から供給される還元剤の量ＱＲは切替弁６１が順流位置にあるときにパティキュレートフィルタ６９の温度ＴＮを上述した微粒子酸化要求温度ＴＮＰ以上に維持するのに必要なＱＲＰとされる。その結果、パティキュレートフィルタ６９の温度ＴＮが上昇し、微粒子酸化要求温度ＴＮＰ以上に維持される。この場合、補助触媒７６の温度ＴＡはパティキュレートフィルタ６９の温度ＴＮとほぼ同じになっている。また、還元剤が供給されているので、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＮ及び補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡが若干小さくなっている。
【００５７】
次いで、図５において矢印Ｙで示されるようにパティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量が例えばほぼゼロになると微粒子酸化制御が完了される。この場合、切替弁６１が図６に示されるバイパス位置に切り替えられ、還元剤供給弁７７からの還元剤供給作用が停止される。切替弁６１がバイパス位置に保持されると、図６に示されるように排気管２０ａ内を流通した全ての排気ガスが流入ポート６２から流出ポート６３を介し直接的に排気ガス排出管６４内に流出し即ちＮＯ_Ｘ触媒８１及びパティキュレートフィルタ６９を迂回し、排気ガスがＮＯ_Ｘ触媒８１内及びパティキュレートフィルタ６９内を流通しない。このように、切替弁６１がバイパス位置に保持されているときには、切替弁６１の流入ポート６２から流出ポート６３までの排気ガス流路はパティキュレートフィルタ６９を迂回するバイパス通路として作用することになる。
【００５８】
その結果、補助触媒７６内に比較的低温の排気ガスが大量に流通することになり、補助触媒７６の温度ＴＡが急激に低下する。このとき、ＮＯ_Ｘ触媒８１内には排気ガスが流通しておらず、ＮＯ_Ｘ触媒８１の温度ＴＮは高温に維持される。
【００５９】
次いで、補助触媒７６の温度ＴＡがＴＡＬよりも低くなると蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が開始される。即ち、切替弁６１を順流位置から逆流位置に又はその逆に交互に繰り返し切り替えながら、矢印Ｒで示されるように還元剤供給弁７７から還元剤が間欠的に供給される。このとき還元剤供給弁７７から供給される還元剤の量ＱＲはＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＮをわずかばかりリッチに維持しつつＮＯ_Ｘ触媒８１の温度ＴＮをＳＯ_Ｘ量減少要求温度ＴＮＳ以上に維持するのに必要なＱＲＳとされる。この場合、比較的多量の排気ガスがＮＯ_Ｘ触媒８１を迂回しており、従って補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡはリーンに維持されている。また、ＮＯ_Ｘ触媒８１を迂回する排気ガスの温度は低いので、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が行われると補助触媒７６の温度ＴＡが低く維持される。
【００６０】
次いで、図５において矢印Ｚで示されるようにＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量が例えばほぼゼロになると蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が完了される。この場合、切替弁６１が例えば順流位置に切り替えられ、還元剤供給弁７７からの還元剤供給作用が停止される。
【００６１】
このように本発明による第１実施例では、微粒子酸化制御が完了しても直ちに蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が開始されず、補助触媒７６の温度ＴＡがＴＡＬ以下になった後に、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が開始される。このようにしているのは次の理由による。
【００６２】
蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御によってＮＯ_Ｘ触媒８１から排出されたＳＯ_２は次いで補助触媒７６内に流入する。一方、上述したように蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が行われているときには補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡはリーンに維持され、従って補助触媒７６内に流入する排気ガス中の還元剤（ＨＣ，ＣＯ）の量は比較的少なくなっている。このように、補助触媒７６内に流入する排気ガス中の還元剤量が少なくかつ補助触媒７６の温度ＴＡが比較的高いときに補助触媒７６内にＳＯ_２が流入すると、このＳＯ_２が補助触媒７６内でサルフェートＳＯ_３に酸化され、従って補助触媒７６から多量のサルフェートＳＯ_３が排出される恐れがある。
【００６３】
もう少し詳しく説明すると、補助触媒７６におけるＳＯ_２からサルフェートＳＯ_３への変換効率ＥＦＦ（＝補助触媒７６から流出する排気ガス中のサルフェートＳＯ_３の濃度／補助触媒７６内に流入する排気ガス中のＳＯ_２の濃度）は図７（Ａ）に示されるように補助触媒７６の温度ＴＡが高くなるにつれて高くなり、補助触媒７６の温度ＴＡが許容上限温度ＴＡ１を越えて増大すると変換効率ＥＦＦが許容値Ｅ１を越える。また、変換効率ＥＦＦは図７（Ｂ）に示されるように補助触媒７６内に流入する排気ガス中の還元剤の量ＱＲＥＤが少なくなるにつれて高くなり、還元剤量ＱＲＥＤが許容下限量Ｑ１を越えて減少すると変換効率ＥＦＦが許容値Ｅ１を越える。即ち、補助触媒７６の雰囲気が、還元剤量ＱＲＥＤが許容下限量ＱＲＥＤ１よりも少なくかつ補助触媒７６の温度ＴＡが許容下限温度ＴＡ１よりも高い雰囲気であるときには、補助触媒７６から多量のサルフェートが排出されうる。
【００６４】
従って、この雰囲気をサルフェート生成雰囲気と称すると、補助触媒７６の雰囲気がサルフェート生成雰囲気であるときに補助触媒７６内にＳＯ_Ｘが流入すると、補助触媒７６から多量のサルフェートＳＯ_３が排出されることになる。
【００６５】
微粒子酸化制御が完了した直後は補助触媒７６の雰囲気がこのサルフェート生成雰囲気になっており、従って微粒子酸化制御が完了した後直ちに蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が開始されるとＮＯ_Ｘ触媒８１内から排出されたＳＯ_Ｘが補助触媒７６内に流入してサルフェートＳＯ_３が生成されることになる。
【００６６】
そこで、本発明による第１実施例では、微粒子酸化制御が完了した後、補助触媒７６の温度を低下させることにより補助触媒７６の雰囲気をサルフェート生成雰囲気以外の雰囲気に変更し、次いで蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うようにしている。即ち、補助触媒７６の温度ＴＡを図７の許容上限温度ＴＡ１に相当するＴＡＬ以下に低下させ、次いで蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うようにしている。この場合の許容上限温度ＴＡＬは例えば３５０から４００℃程度である。
【００６７】
ここで、補助触媒７６内に流入する排気ガス中の還元剤の量を許容最小量以上に増大することにより、補助触媒７６の雰囲気をサルフェート生成雰囲気以外の雰囲気に変更することも可能である。
【００６８】
従って、一般的に言うと、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられているＳＯ_ＸがＮＯ_Ｘ触媒８１から排出されるときに補助触媒７６の雰囲気がサルフェート生成雰囲気にあるときには、補助触媒７６の雰囲気をサルフェート生成雰囲気以外の雰囲気に変更するようにしているということになる。
【００６９】
本発明による第１実施例では、補助触媒７６の温度ＴＡを低下させるために、還元剤供給弁７７からの還元剤供給作用を一時的に停止しながら切替弁６１をバイパス位置に一時的に保持するようにしている。しかしながら、補助触媒７６の温度ＴＡを低下させるために、還元剤供給弁７７からの還元剤供給作用を一時的に停止しながら切替弁６１を例えば図８に示されるような弱順流位置に一時的に保持するようにすることもできる。切替弁６１が弱順流位置に保持されると、図８に矢印で示されるように排気管２０ａ内を流通した排気ガスのうち一部の排気ガスが流入流出ポート６５を介し環状排気管６７内に流入し、次いでＮＯ_Ｘ触媒８１内を順流方向に流通し、残りの排気ガスが流入ポート６２から流出ポート６３を介し直接的に排気ガス排出管６４内に流出し即ちＮＯ_Ｘ触媒８１を迂回して補助触媒７６内に流入する。或いは、切替弁６１を例えば順流位置に保持しながら還元剤供給弁７７からの還元剤供給作用を一時的に停止するだけでも、補助触媒７６の温度ＴＡを低下させることができる。
【００７０】
また、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うために、切替弁６１を弱順流位置に保持しながら、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの平均空燃比がわずかばかりリッチに維持されつつＮＯ_Ｘ触媒８１の温度がＳＯ_Ｘ量減少要求温度ＴＮＳ以上に維持されるように、還元剤供給弁７７から還元剤を供給するようにしてもよい。この場合にも、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの平均空燃比をリッチにするのに必要な還元剤の量を低減することができる。
【００７１】
更に、本発明による第１実施例では、補助触媒７６の温度ＴＡを検出し、補助触媒７６の温度ＴＡが許容下限温度ＴＡＬ以下になったときに蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が開始される。しかしながら、切替弁６１を例えばバイパス位置に保持してから補助触媒７６の温度ＴＡが許容下限温度ＴＡＬ以下になるまでに必要な時間を予め求めておき、微粒子酸化制御が完了してからこの必要時間だけ切替弁６１をバイパス位置に保持した後に、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を開始するようにすることもできる。
【００７２】
ＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられているＳＯ_ＸがＮＯ_Ｘ触媒８１から排出されるときに補助触媒７６の雰囲気がサルフェート生成雰囲気以外の雰囲気であるときには、補助触媒７６の雰囲気がその雰囲気に保持され、即ち補助触媒７６の雰囲気がサルフェート生成雰囲気になるのが阻止される。
【００７３】
図９は本発明による第１実施例のＳＯ_Ｘ制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。図９を参照すると、まずステップ２００ではＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが許容量ＱＳＵを越えたか否かが判別される。ＱＳ≦ＱＳＵのときには処理サイクルを終了し、ＱＳ＞ＱＳＵのときには次いでステップ２０１に進み、図１１を参照して後述する微粒子酸化制御ルーチンが実行される。続くステップ２０２では切替弁６１がバイパス位置に切り替えられる。続くステップ２０３では補助触媒７６の温度ＴＡが許容上限温度ＴＡＬ以下になったか否かが判別される。ＴＡ＞ＴＡＬである限り切替弁６１がバイパス位置に保持され、ＴＡ≦ＴＡＬになると次いでステップ２０４に進み、図１２を参照して後述する蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御ルーチンが実行される。
【００７４】
図１０は予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される微粒子制御ルーチンを示している。図１０を参照すると、まずステップ２１０ではパティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量ＱＰＭが許容量ＱＰＭＵを越えたか否かが判別される。ＱＰＭ≦ＱＰＭＵのときには処理サイクルを終了し、ＱＰＭ＞ＱＰＭＵのときには次いでステップ２１１に進み、図１１を参照して後述する微粒子酸化制御ルーチンが実行される。
【００７５】
図１１は上述した微粒子酸化制御ルーチンを示している。図１１を参照すると、まずステップ２２０では切替弁６１が順流位置に切り替えられ又は保持される。続くステップ２２１では還元剤供給量ＱＲが上述したＱＲＰに設定される。続くステップ２２２では還元剤供給弁７７から還元剤供給量ＱＲだけ還元剤が供給される。続くステップ２２３では微粒子酸化制御を完了すべきか否かが判別される。本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量がほぼゼロになったときに微粒子酸化制御を完了すべきであると判断される。微粒子酸化制御を完了すべきであると判断されるまでステップ２２２に戻って還元剤が繰り返し供給され、微粒子酸化制御を完了すべきであると判断されると処理サイクルを終了する。
【００７６】
図１２は上述した蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御ルーチンを示している。図１２を参照すると、まずステップ２３０では還元剤供給量ＱＲが上述したＱＲＳに設定される。続くステップ２３１では切替弁６１を順流位置に切り替えながら還元剤供給弁７７から還元剤供給量ＱＲだけ還元剤が供給される。続くステップ２３２では切替弁６１を逆流位置に切り替えながら還元剤供給弁７７から還元剤供給量ＱＲだけ還元剤が供給される。続くステップ２３３では蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を完了すべきか否かが判別される。本発明による実施例では、ＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量がほぼゼロになったときに蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を完了すべきであると判断される。蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を完了すべきであると判断されるまでステップ２３１及び２３２に戻って還元剤が繰り返し供給され、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を完了すべきであると判断されると処理サイクルを終了する。
【００７７】
次に、図１３及び図１４を参照して本発明による第２実施例を説明する。本発明による第２実施例でも蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うべきときにはそれに先立って微粒子酸化制御が行われる。なお、本発明による第２実施例では、上述したＴＡＬを第１の許容上限温度と称している。
【００７８】
図１３において矢印Ｘで示されるようにＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが許容量ＱＳＵを越えるとまず、微粒子酸化制御が行われる。即ち、第１実施例と同様に、切替弁６１が例えば逆流位置から順流位置に切り替えられて保持され、矢印Ｒで示されるように還元剤供給弁７７から還元剤が間欠的に供給される。このとき、還元剤供給量ＱＲは上述したＱＲＰとされている。
【００７９】
次いで、ＱＲ＝ＱＲＰのもとでの還元剤供給作用が開始されてから設定時間ｔＡだけ経過すると、或いは微粒子酸化制御が完了するまでの残り時間がｔＢになると、切替弁６１が弱順流位置に切り替えられ、還元剤供給量ＱＲがＱＲＰＲとされる。このＱＲＰＲは切替弁６１が弱順流位置にあるときにパティキュレートフィルタ６９の温度ＴＮを微粒子酸化要求温度ＴＮＰ以上に維持するのに必要な還元剤量である。なお、例えば圧力センサ４９（図１）により検出される機関背圧が設定値よりも小さくなったときに微粒子酸化制御の残り時間がｔＢであると判断することができる。
【００８０】
次いで、図１３に矢印Ｙで示されるように微粒子酸化制御が完了すると直ちに蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が開始される。
【００８１】
即ち、切替弁６１が弱順流位置に切り替えられると、パティキュレートフィルタ６９内を流通した後に補助触媒７６内に流入する高温の排気ガスの量が減少され、パティキュレートフィルタ６９を迂回して補助触媒７６内に流入する低温の排気ガスの量が増大される。その結果、補助触媒７６の温度ＴＡが次第に低下し、次いで微粒子酸化制御が完了するときには補助触媒７６の温度ＴＡが第１の許容上限温度ＴＡＬよりも低くなっている。即ち、微粒子酸化制御が完了したときに補助触媒７６の雰囲気がサルフェート生成雰囲気以外の雰囲気になっている。従って、微粒子酸化制御が完了した後、直ちに蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行っても補助触媒７６から多量のサルフェートＳＯ_３が排出されない。
【００８２】
このように本発明による第２実施例では、微粒子酸化制御の末期ないし後半に補助触媒７６の温度ＴＡを低下させることにより補助触媒７６の雰囲気がサルフェート生成雰囲気以外の雰囲気に変更される。或いは、微粒子酸化制御の末期にパティキュレートフィルタ６９を迂回する排気ガスの量を一時的に増大させているという見方もできる。
【００８３】
ところで、切替弁６１が順流位置に保持されているときにはパティキュレートフィルタ６９内における排気ガスの空間速度が比較的高く、このためパティキュレートフィルタ６９内に流入した還元剤はパティキュレートフィルタ６９の排気ガス流入端周りというよりも排気ガス流出端において酸化される。その結果、パティキュレートフィルタ６９の排気ガス流入端周りの温度が排気ガス流出端周りの温度よりも低くなり、即ちパティキュレートフィルタ６９の温度が不均一になる場合がある。
【００８４】
ところが本発明による第２実施例では、微粒子酸化制御が行われているときに切替弁６１がバイパス位置に切り替えられるので、このときパティキュレートフィルタ６９内における排気ガスの空間速度が低下し、還元剤がパティキュレートフィルタ６９の排気ガス流入端周りで酸化されるようになる。その結果、パティキュレートフィルタ６９の排気ガス流入端周りの温度が高くなり、従ってパティキュレートフィルタ６９全体の温度を均一に高めることができる。
【００８５】
更に、還元剤供給量ＱＲがＱＲＰからＱＲＰＲに減少されると、図１３に示されるように補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡ及びＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＮが大きくなる。言い換えると、微粒子酸化制御の初期ないし前半に補助触媒７６内及びＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する還元剤量がそれぞれ増大されている。このようにすると、補助触媒７６から排出されるサルフェートＳＯ_３の量を低減することができる。これは次の理由による。
【００８６】
即ち、本願発明者らによれば、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＮがリーンに維持されていてもＮＯ_Ｘ触媒８１の温度ＴＮが高くなると、ＮＯ_Ｘ触媒８１から流出する排気ガス中のＳＯ_Ｘ濃度がＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガス中のＳＯ_Ｘ濃度よりも一時的に高くなることが確認されている。このことは、ＮＯ_Ｘ触媒８１の温度が高くなるとＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられているＳＯ_Ｘが排出され、このＳＯ_Ｘは硫酸塩ＢａＳＯ_４を形成することなく蓄えられているということを意味している。
【００８７】
このようなＳＯ_Ｘがどのような形でＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられるのかは必ずしも明らかではないが、次のようにして蓄えられると考えられている。即ち、上述したようにＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガス中のＳＯ_２はまず例えば白金Ｐｔ表面上に付着した後に硫酸塩ＢａＳＯ_４の形で蓄えられる。ところが硫酸塩ＢａＳＯ_４の形で蓄えられているＳＯ_Ｘの量が多くなると、白金Ｐｔ表面上に付着しているＳＯ_２が硫酸塩ＢａＳＯ_４になりにくくなり、ＳＯ_２のまま白金Ｐｔ表面上に付着し続ける。このようにしてＳＯ_Ｘが硫酸塩ＢａＳＯ_４を形成することなく蓄えられる。
【００８８】
そうすると、ＮＯ_Ｘ触媒８１内には硫酸塩ＢａＳＯ_４の形で蓄えられるＳＯ_Ｘもあれば、硫酸塩ＢａＳＯ_４を形成することなく蓄えられるＳＯ_Ｘもあるということになる。従って、一般的に言うと、ＮＯ_Ｘ触媒８１は流入する排気ガス中のＳＯ_Ｘを硫酸塩の形か又は硫酸塩を形成しない形かのいずれかで蓄えるＳＯ_Ｘ蓄積剤として作用することになる。
【００８９】
微粒子酸化制御が開始されてＮＯ_Ｘ触媒８１の温度ＴＮが高くなると、硫酸塩ＢａＳＯ_４を形成することなく蓄えられているＳＯ_ＸがＮＯ_Ｘ触媒８１から一気に放出され、このＳＯ_Ｘは次いで比較的高温の補助触媒７６内に流入する。従って、このとき補助触媒７６内に流入する還元剤量が多ければＳＯ_ＸがＳＯ_２の形で排出され、サルフェートＳＯ_３が排出されない。
【００９０】
一方、硫酸塩ＢａＳＯ_４を形成することなく蓄えられているＳＯ_ＸがＮＯ_Ｘ触媒８１から排出される量は微粒子酸化制御が開始されてからの経過時間が長くなるにつれて少なくなる。パティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子を速やかに酸化することを考えると、ＮＯ_Ｘ触媒８１内ないしパティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＮはできるだけリーンの方が好ましい。
【００９１】
そこで本発明による第２実施例では、微粒子酸化制御が開始されてからの経過時間が短いときには長いときに比べて補助触媒７６内及びＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する還元剤量を増大するようにしている。
【００９２】
ここで、微粒子酸化制御が開始されるときには補助触媒７６の例えば白金表面上にもＳＯ_Ｘが付着している。このＳＯ_Ｘは補助触媒７６内に流入する還元剤量が増大されているとＳＯ_２の形で補助触媒７６から排出される。
【００９３】
本発明による第２実施例では、微粒子酸化制御の初期ないし前半に補助触媒７６内に流入する還元剤量が増大されているので補助触媒７６に付着しているＳＯ_ＸがＳＯ_２の形で排出される。また、このときＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する還元剤量も増大されているので、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に硫酸塩ＢａＳＯ_４を形成することなく蓄えられているＳＯ_ＸがＮＯ_Ｘ触媒８１からサルフェートＳＯ_３の形で排出されるのも阻止できる。
【００９４】
このような観点に基づき、還元剤供給量ＱＲがＱＲＰに保持される設定時間ｔＡはＮＯ_Ｘ触媒８１内及び補助触媒７６内に硫酸塩を形成することなく蓄えられているＳＯ_ＸがＮＯ_Ｘ触媒８１及び補助触媒７６から排出されるのに必要な時間以上に設定される。一方、切替弁６１がバイパス位置に保持される時間ｔＢは補助触媒７６の温度ＴＡが第１の許容上限温度ＴＡＬ以下になるのに必要な時間以上にされる。
【００９５】
なお、本発明による第２実施例では、切替弁６１を弱順流位置に切り替えると共に補助触媒７６内及びＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する還元剤量を減少させている。しかしながら、切替弁６１を順流位置に保持しながら、微粒子酸化制御の経過時間と共に補助触媒７６内及びＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する還元剤量を減少させるようにすることもできる。
【００９６】
微粒子酸化制御が完了すると、上述したように直ちに蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が開始される。即ち、本発明による第２実施例においても、図１３及び図１４に示されるように切替弁６１を順流位置から逆流位置に又はその逆に交互に繰り返し切り替えながら還元剤供給弁７７から還元剤が間欠的に供給され、このときＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＮがわずかばかりリッチに維持され、ＮＯ_Ｘ触媒８１の温度ＴＮがＳＯ_Ｘ量減少要求温度ＴＮＳ以上に維持される。この場合、ＮＯ_Ｘ触媒８１を迂回した低温の排気ガスが補助触媒７６内に大量に流入し、従って補助触媒７６の温度ＴＡはさほど高くならないはずである。
【００９７】
しかしながら、例えばＮＯ_Ｘ触媒８１内で酸化されることなく補助触媒７６内に到り次いで補助触媒７６内で酸化される還元剤の量が増大すると、図１４に示されるように補助触媒７６の温度ＴＡが上昇し、図７を参照して説明した許容上限温度ＴＡ１に相当する第２の許容上限温度ＴＡＵを越える場合がある。このときＮＯ_Ｘ触媒８１からＳＯ_Ｘが排出されると、補助触媒７６から多量のサルフェートＳＯ_３が排出されることになる。
【００９８】
そこで本発明による第２実施例では、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が行われているときに補助触媒７６の温度ＴＡが第２の許容上限温度ＴＡＵを越えて上昇したときには、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を一時的に停止するようにしている。具体的には、還元剤供給弁７７からの還元剤供給作用が停止される。また、このとき補助触媒７６の温度ＴＡを低下させるために、切替弁６１がバイパス位置に切り替えられる。このようにするとＮＯ_Ｘ触媒８１の温度ＴＮを高温に維持しながら補助触媒７６の温度を低下させることができる。
【００９９】
次いで、補助触媒７６の温度ＴＡが第１の許容上限温度ＴＡＬ以下になると、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が再開される。次いで、図１４において矢印Ｚで示されるようにＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量が例えばほぼゼロになると蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が完了される。
【０１００】
このように、本発明による第２実施例では、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が行われているときに補助触媒７６の雰囲気がサルフェート生成雰囲気になったときには、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が停止される。一方、上述した本発明による第１実施例では、微粒子酸化制御が完了したときに補助触媒７６の雰囲気がサルフェート生成雰囲気にあり、このとき蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が開始されない。
【０１０１】
従って、一般的に言うと、補助触媒７６の雰囲気がサルフェート生成雰囲気にあるとき又はなったときには、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられているＳＯ_ＸがＮＯ_Ｘ触媒８１から排出されるのを阻止するようにしているということになる。
【０１０２】
補助触媒７６の雰囲気がサルフェート生成雰囲気にあるとき又はなったときに、ＮＯ_Ｘ触媒８１から排出されるＳＯ_Ｘの量を抑制するようにしてもよい。補助触媒７６内に流入するＳＯ_２の量が抑制されれば補助触媒７６から排出されるサルフェートＳＯ_３の量も抑制される。この場合、例えばＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＮを大きくすることにより、ＮＯ_Ｘ触媒８１から排出されるＳＯ_Ｘの量を抑制することができる。
【０１０３】
図１３及び図１４からわかるように本発明による第２実施例では、補助触媒７６の雰囲気がサルフェート生成雰囲気からサルフェート生成雰囲気以外の雰囲気に変更されたか否かが第１の許容上限温度ＴＡＬに基づいて判断され、補助触媒７６の雰囲気がサルフェート生成雰囲気以外の雰囲気からサルフェート生成雰囲気に変更されたか否かが第２の許容上限温度ＴＡＵに基づいて判断される。ここで第２の許容上限温度ＴＡＵは例えば５００℃程度である。
【０１０４】
図１５は上述した第２実施例によるＳＯ_Ｘ制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。図１５を参照すると、まずステップ２４０ではＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが許容量ＱＳＵを越えたか否かが判別される。ＱＳ≦ＱＳＵのときには処理サイクルを終了し、ＱＳ＞ＱＳＵのときには次いでステップ２４１に進み、図１６を参照して後述する微粒子酸化制御ルーチンが実行される。続くステップ２４２では図１７を参照して後述する蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御ルーチンが実行される。このように微粒子酸化制御ルーチンに引き続いて蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御ルーチンが開始される。
【０１０５】
図１６は上述した微粒子酸化制御ルーチンを示している。図１６を参照すると、まずステップ２５０では切替弁６１が順流位置に切り替えられ又は保持される。続くステップ２５１では還元剤供給量ＱＲが上述したＱＲＰに設定される。続くステップ２５２では還元剤供給弁７７から還元剤供給量ＱＲだけ還元剤が供給される。続くステップ２５３ではＱＲ＝ＱＲＰのもとでの微粒子酸化制御が開始されてから上述した設定時間ｔＡだけ経過したか否かが判別される。設定時間ｔＡだけ経過するまでステップ２５２に戻って還元剤が繰り返し供給され、時間ｔＡだけ経過するとステップ２５４に進み、切替弁６１が弱順流位置に切り替えられる。続くステップ２５５では還元剤供給量ＱＲが上述したＱＲＰＲに設定される。続くステップ２５６では還元剤供給弁７７から還元剤供給量ＱＲだけ還元剤が供給される。続くステップ２５７では微粒子酸化制御を完了すべきか否かが判別される。微粒子酸化制御を完了すべきであると判断されるまでステップ２５６に戻って還元剤が繰り返し供給され、微粒子酸化制御を完了すべきであると判断されると処理サイクルを終了する。
【０１０６】
図１７は上述した蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御ルーチンを示している。図１７を参照すると、まずステップ２７０では還元剤供給量ＱＲが上述したＱＲＳに設定される。続くステップ２７１では切替弁６１を順流位置に切り替えながら還元剤供給弁７７から還元剤供給量ＱＲだけ還元剤が供給される。続くステップ２７２では切替弁６１を逆流位置に切り替えながら還元剤供給弁７７から還元剤供給量ＱＲだけ還元剤が供給される。続くステップ２７３では蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を完了すべきか否かが判別される。蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を完了すべきでないと判断されたときには次いでステップ２７４に進み、補助触媒７６の温度ＴＡが第２の許容上限温度ＴＡＵよりも高いか否かが判別される。ＴＡ＞ＴＡＵのときには次いでステップ２７５に進んで切替弁６１がバイパス位置に切り替えられる。続くステップ２７６では補助触媒７６の温度ＴＡが第１の許容上限温度ＴＡＬよりも高いか否かが判別される。ＴＡ≦ＴＡＬになるまでステップ２７６が繰り返され、ＴＡ≦ＴＡＬになると次いでステップ２７１に戻る。即ち、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を完了すべきであると判断されるまでステップ２７１及び２７２に戻って還元剤が繰り返し供給される。
【０１０７】
ところで、上述したように、補助触媒７６内にも硫酸塩を形成することなくＳＯ_Ｘが蓄えられ、補助触媒７６の温度ＴＡが高くなりこのとき補助触媒７６内に流入する排気ガス中の還元剤量が少ないと、このＳＯ_ＸがサルフェートＳＯ_３の形で補助触媒７６から排出される。
【０１０８】
一方、硫酸塩を形成することなく補助触媒７６内に蓄えられているＳＯ_Ｘは補助触媒７６内に流入する排気ガス中の還元剤量が多くなるとＳＯ_２の形で補助触媒７６から排出される。
【０１０９】
そこで本発明による実施例では、微粒子酸化制御も蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御も行われていない通常運転時に、補助触媒７６の温度ＴＡが上述した第２の許容上限温度ＴＡＵを越えたときには、還元剤供給弁７７から還元剤を一時的に供給し、補助触媒７６内に流入する排気ガス中の還元剤量を一時的に増大するようにしている。その結果、補助触媒７６内に蓄えられているＳＯ_Ｘが補助触媒７６からＳＯ_２の形で除去されることになる。
【０１１０】
この場合、切替弁６１を順流位置に保持しながら還元剤を供給してもよいし、逆流位置に保持しながら還元剤を供給してもよい。しかしながら、切替弁６１が順流位置に保持されているとこのとき供給された還元剤がＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入してＮＯ_Ｘ触媒８１内で酸化され、従ってＮＯ_Ｘ触媒８１の温度ＴＮが高くなる。このため、ＮＯ_Ｘ触媒８１の温度ＴＮがＮＯ_Ｘ触媒８１の熱劣化についての許容上限温度を越える恐れがある。
【０１１１】
そこで本発明による実施例では、補助触媒７６の温度ＴＡが上述した第２の許容上限温度ＴＡＵを越えたときには、切替弁６１を逆流位置に切り替え又は保持しながら還元剤供給弁７７から還元剤を一時的に供給するＳＯ_Ｘ除去制御を行うようにしている。即ち、図１８に示されるように、ＴＡ＞ＴＡＵとなると切替弁６１が例えば順流位置から逆流位置に切り替えられ、矢印Ｒで示されるように還元剤供給弁７７から還元剤が供給される。このとき、図１８に示される例では補助触媒７６内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡがわずかばかりリーンになっている。平均空燃比ＡＦＡが理論空燃比又はわずかばかりリッチになるようにすることもできる。
【０１１２】
ただし、ＳＯ_Ｘ除去制御、微粒子酸化制御、又は蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が完了した直後には補助触媒７６内に蓄えられているＳＯ_Ｘの量が少ない。そこで、ＳＯ_Ｘ除去制御、微粒子酸化制御、又は蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が完了してから予め定められた設定時間ｔＣが経過するまではＳＯ_Ｘ除去制御は行われない。
【０１１３】
図１９は上述したＳＯ_Ｘ除去制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。図１９を参照すると、まずステップ２８０ではＳＯ_Ｘ除去制御、微粒子酸化制御、又は蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が完了してから上述した設定時間ｔＣだけ経過したか否かが判別される。時間ｔＣだけ経過していないときには次いでステップ２８１に進み、このときの補助触媒７６の温度ＴＡをＴＡＯＬＤとした後に、処理サイクルを終了する。時間ｔＣだけ経過しているときには次いでステップ２８２に進み、前回の補助触媒７６の温度ＴＡＯＬＤが第２の許容上限温度ＴＡＵ以下でありかつ今回の補助触媒７６の温度ＴＡが第２の許容上限温度ＴＡＵよりも小さいか否か、即ち前回のサイクルから今回のサイクルまでの間にＴＡがＴＡＵを越えたか否かが判別される。前回のサイクルから今回のサイクルまでの間にＴＡがＴＡＵを越えていないときには次いで処理サイクルを終了し、前回のサイクルから今回のサイクルまでの間にＴＡがＴＡＵを越えたときには次いでステップ２８３に進み、切替弁６１が逆流位置に切り替えられる。続くステップ２８４では、還元剤供給弁７７から還元剤が供給される。
【０１１４】
これまで述べてきた本発明による実施例は例えば図２０及び図２２に示される内燃機関にも適用することができる。
【０１１５】
図２０に示される内燃機関では、排気管２０ａの出口にケーシング１６８が接続され、このケーシング１６７は排気管２０ｃを介してケーシング１７５に接続され、ケーシング１７５は排気管２３に接続される。これらケーシング１６８，１７５内にはＮＯ_Ｘ触媒８１を担持したパティキュレートフィルタ６９、及び補助触媒７６がそれぞれ収容される。
【０１１６】
排気管２０ａからバイパス管１８５が分岐されており、このバイパス管１８５の流出端は排気管２０ｃに開口している。また、バイパス管１８５の流入端が開口している排気管２０ａの部分には、図示しない電子制御ユニットによって制御される切替弁１６１が配置される。更に、バイパス管１８５の流入端とパティキュレートフィルタ６９間の排気管２０ａに還元剤供給弁７７が配置される。
【０１１７】
切替弁１６１は通常、図２１に実線で示される通常位置に保持される。切替弁１６１がこの通常位置に保持されると、バイパス管１８５が遮断され、排気管２０ａ内に流入したほぼ全ての排気ガスがパティキュレートフィルタ６９内に導かれる。従って、切替弁１６１の通常位置は図１の内燃機関における切替弁６１の順流位置又は逆流位置に相当する。
【０１１８】
例えば本発明による第１実施例について説明すると、切替弁１６１を通常位置に保持しながら還元剤供給弁７７から還元剤を供給することにより微粒子酸化制御が行われる。次いで、微粒子酸化制御が完了すると、還元剤供給作用を停止しながら、切替弁１６１が図２１に破線で示されるバイパス位置に切り替えられ保持される。切替弁１６１がバイパス位置に保持されると、バイパス管１８５が開放され、排気管２０ａ内に流入したほぼ全ての排気ガスがパティキュレートフィルタ６９を迂回する。従って、切替弁１６１のバイパス位置は図１の内燃機関における切替弁６１のバイパス位置に相当する。次いで、補助触媒７６の温度ＴＡが許容上限温度ＴＡＬ以下になると、切替弁１６１を図２１に一点鎖線で示される弱流位置に切り替え保持しながら、還元剤供給作用が行われる。切替弁１６１が弱流位置に保持されると、排気管２０ａ内に流入した排気ガスのわずかな一部がパティキュレートフィルタ６９内に導かれ残りの排気ガスがバイパス管１８５内に導かれる。従って、切替弁１６１の弱流位置は図１の内燃機関における切替弁６１の弱順流位置に相当する。
【０１１９】
一方、図２２に示される内燃機関では、排気管２０ａが一対の枝管９１’，９１”を有するＹ字管から形成され、各枝管の出口にはケーシング６８’，６８”がそれぞれ接続される。これらケーシング６８’，６８”は排気管２０ｃの枝管９２’，９２”に接続され、排気管２０ｃを介してケーシング１７５に接続される。ケーシング１７５は排気管２３に接続される。これらケーシング６８’，６８”内には第１及び第２のパティキュレートフィルタ６９’，６９”がそれぞれ収容され、ケーシング１７５内には補助触媒７６が収容される。なお、第１及び第２のパティキュレートフィルタ６９’，６９”上にはそれぞれ第１及び第２のＮＯ_Ｘ触媒８１’，８１”が担持されている。
【０１２０】
排気管２０ｃの枝管内には共通のアクチュエータ１６０によって駆動される第１及び第２の切替弁６１’，６１”が配置される。また、排気管２０ａの枝管内には第１及び第２の還元剤供給弁７７’，７７”がそれぞれ配置される。なおアクチュエータ１６０及び還元剤供給弁７７’，７７”は図示しない電子制御ユニットによって制御される。
【０１２１】
切替弁６１’，６１”は通常、図２３（Ａ）において実線で示される第１の通常位置か又は破線で示される第２の通常位置に保持される。切替弁６１’，６１”が第１の通常位置に保持されると、第１の切替弁６１’が全開位置に保持され、第２の切替弁６１”が全閉位置に保持され、従って図２９（Ａ）において実線の矢印で示されるように排気管２０ａ内に流入したほぼ全ての排気ガスが第１のパティキュレートフィルタ６９’内に導かれる。一方、切替弁６１’，６１”が第２の通常位置に保持されると、第１の切替弁６１’が全閉位置に保持され、第２の切替弁６１”が全開位置に保持され、従って図２３（Ａ）において破線の矢印で示されるように排気管２０ａ内に流入したほぼ全ての排気ガスが第２のパティキュレートフィルタ６９”内に導かれる。従って、切替弁６１’，６１”の第１及び第２の通常位置は図２０の内燃機関における切替弁１６１の通常位置又はバイパス位置に相当する。
【０１２２】
例えば本発明による第１実施例について説明すると、切替弁６１’，６１”を第１の通常位置に保持しながら第１の還元剤供給弁７７’から還元剤を供給することにより第１のパティキュレートフィルタ６９’の微粒子酸化制御が行われる。次いで、微粒子酸化制御が完了すると、還元剤供給作用を停止しながら、切替弁６１’，６１”が第２の通常位置に切り替えられ保持される。その結果、比較的低温の排気ガスが補助触媒７６内に流入し、補助触媒７６の温度ＴＡが低下される。次いで、補助触媒７６の温度ＴＡが許容上限温度ＴＡＬ以下になると、切替弁６１’，６１”を図２３（Ｂ）に実線で示される第１の弱流位置に切り替え保持しながら、還元剤供給作用が行われる。切替弁６１’，６１”が第１の弱流位置に保持されると、排気管２０ａ内に流入した排気ガスのわずかな一部が第１のパティキュレートフィルタ６９’内に導かれ残りの排気ガスが第２のパティキュレートフィルタ６９”内に導かれる。
【０１２３】
或いは、切替弁６１’，６１”を第２の通常位置に保持しながら第２の還元剤供給弁７７”から還元剤を供給することにより第２のパティキュレートフィルタ６９”の微粒子酸化制御が行われる。次いで、微粒子酸化制御が完了すると、還元剤供給作用を停止しながら、切替弁６１’，６１”が第１の通常位置に切り替えられ保持される。次いで、補助触媒７６の温度ＴＡが許容上限温度ＴＡＬ以下になると、切替弁６１’，６１”を図２３（Ｂ）に破線で示される第２の弱流位置に切り替え保持しながら、還元剤供給作用が行われる。切替弁６１’，６１”が第２の弱流位置に保持されると、排気管２０ａ内に流入した排気ガスのわずかな一部が第２のパティキュレートフィルタ６９”内に導かれ残りの排気ガスが第１のパティキュレートフィルタ６９’内に導かれる。このように切替弁６１’，６１”の弱流位置は図１の内燃機関における切替弁６１の弱順流位置に相当する。
【０１２４】
従って、一般的に言うと、排気通路内にＮＯ_Ｘ触媒を配置すると共にＮＯ_Ｘ触媒下流の排気通路内に補助触媒を配置し、ＮＯ_Ｘ触媒上流の排気通路から分岐してＮＯ_Ｘ触媒と補助触媒間の排気通路に到るバイパス通路を設け、バイパス通路内を流通する排気ガスの量を制御することによりＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量を制御するための切替弁を設け、バイパス通路の分岐部分とＮＯ_Ｘ触媒間の排気通路内に還元剤を供給するための還元剤供給弁を配置しているということになる。
【０１２５】
その上で、図１に示される内燃機関では、排気ガスがＮＯ_Ｘ触媒内にその一端面を介し流入しＮＯ_Ｘ触媒からその他端面を介し流出するように排気ガスを案内するか、又はＮＯ_Ｘ触媒内にその他端面を介し流入しＮＯ_Ｘ触媒からその一端面を介し流出するように排気ガスを案内するかを切り替えているということになる。
【０１２６】
また、図２２に示される内燃機関では、例えば排気管２０ａの枝管９１’から排気管２０ｃの枝管９２’までの排気通路部分に着目すると、排気管２０ａの枝管９１”から排気管２０ｃの枝管９２”までの排気通路部分はバイパス通路として作用すると見ることもできる。この場合、第２の還元剤供給弁７７”、第２のパティキュレートフィルタ６９”、第２のＮＯ_Ｘ触媒８１”はそれぞれ、バイパス通路内に配置された追加の還元剤供給弁、追加のパティキュレートフィルタ、追加のＮＯ_Ｘ触媒を構成しているということになる。
【０１２７】
【発明の効果】
大気中に排出されるサルフェートの量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】触媒コンバータの構造を示す図である。
【図３】切替弁が順流位置又は逆流位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図４】パティキュレートフィルタの隔壁の部分拡大断面図である。
【図５】本発明による第１実施例を説明するためのタイムチャートである。
【図６】切替弁がバイパス位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図７】補助触媒のサルフェート変換効率を示す線図である。
【図８】切替弁が弱順流位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図９】本発明による第１実施例のＳＯ_Ｘ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】微粒子制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】本発明による第１実施例の微粒子酸化制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】本発明による第１実施例の蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】本発明による第２実施例を説明するためのタイムチャートである。
【図１４】本発明による第２実施例を説明するためのタイムチャートである。
【図１５】本発明による第２実施例のＳＯ_Ｘ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】本発明による第２実施例の微粒子酸化制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】本発明による第２実施例の蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】ＳＯ_Ｘ除去制御を説明するためのタイムチャートである。
【図１９】ＳＯ_Ｘ除去制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２０】別の実施例を示す図である。
【図２１】図２０に示される実施例の切替弁の位置を説明するための図である。
【図２２】別の実施例を示す図である。
【図２３】図２２に示される実施例の切替弁の位置を説明するための図である。
【符号の説明】
１…機関本体
２０ａ…排気管
２２…触媒コンバータ
６１…切替弁
６４…排気ガス排出管
６７…環状排気管
６９…パティキュレートフィルタ
７６…補助触媒
７７…還元剤供給弁
８１…ＮＯ_Ｘ触媒

Claims

リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に流入する排気ガス中のＳＯ_Ｘを一時的に蓄えるＳＯ_Ｘ蓄積剤を配置すると共に、該ＳＯ_Ｘ蓄積剤下流の排気通路内に酸化能を有する補助触媒を配置し、ＳＯ_Ｘ蓄積剤内に蓄えられているＳＯ_ＸがＳＯ_Ｘ蓄積剤から排出されるときに、補助触媒の雰囲気が、補助触媒内に流入する排気ガス中の還元剤の量が許容下限量よりも少なくかつ補助触媒の温度が許容上限温度よりも高いサルフェート生成雰囲気にあるときには、補助触媒の雰囲気をサルフェート生成雰囲気以外の雰囲気に変更し、サルフェート生成雰囲気以外の雰囲気にあるときには、補助触媒の雰囲気をサルフェート生成雰囲気以外の雰囲気に保持するようにした内燃機関の排気浄化装置。
前記補助触媒の雰囲気を前記サルフェート生成雰囲気以外の雰囲気に変更するか又は前記サルフェート生成雰囲気以外の雰囲気に保持するために、補助触媒の温度を前記許容上限温度以下に低下させるか又は前記許容上限温度以下に保持するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記補助触媒の雰囲気を前記サルフェート生成雰囲気以外の雰囲気に変更するか又は前記サルフェート生成雰囲気以外の雰囲気に保持するために、補助触媒に流入する排気ガス中の還元剤の量を前記許容最小量以上に増大させるか又は前記許容最小量以上に保持するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に流入する排気ガス中のＳＯ_Ｘを一時的に蓄えるＳＯ_Ｘ蓄積剤を配置すると共に、該ＳＯ_Ｘ蓄積剤下流の排気通路内に酸化能を有する補助触媒を配置し、補助触媒の雰囲気が、補助触媒内に流入する排気ガス中の還元剤の量が許容下限量よりも少なくかつ補助触媒の温度が許容上限温度よりも高いサルフェート生成雰囲気にあるとき又はなったときには、ＳＯ_Ｘ蓄積剤内に蓄えられているＳＯ_ＸがＳＯ_Ｘ蓄積剤から排出されるのを阻止するか又は抑制するようにした内燃機関の排気浄化装置。
前記ＳＯ_Ｘ蓄積剤を、流入する排気ガス中のＳＯ_Ｘを硫酸塩の形で蓄える蓄積剤から形成した請求項１又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記ＳＯ_Ｘ蓄積剤を、流入する排気ガス中のＳＯ_Ｘを硫酸塩を形成することなく蓄える蓄積剤から形成した請求項１又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置。