JP3896893B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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】
内燃機関において流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに窒素酸化物（ＮＯ_x）を保持し、流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると保持しているＮＯ_xを離脱させて排気ガス中の還元剤によりＮＯ_xを浄化することができるＮＯ_x保持剤が公知である。
【０００３】
通常、ＮＯ_x保持剤は排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯ_x）の形で含まれている硫黄成分を保持した量が多くなるとＮＯ_x保持剤のＮＯ_x保持能力が低下する。したがって、ＮＯ_x保持剤のＮＯ_x保持能力を維持するためにＮＯ_x保持剤に保持されたＳＯ_x量が一定量近傍となったときにＳＯ_x保持剤に保持されているＳＯ_xを離脱させなければならない。
【０００４】
一方、ＳＯ_xは大気汚染を促進する有害な排気物質である。また、ＳＯ_x保持剤からＳＯ_xを離脱させると、離脱したＳＯ_xの一部が排気ガス中のＨＣやＣＯと反応して硫化水素（Ｈ₂Ｓ）を生成する。このＨ₂Ｓは大量に存在すると強い臭気を放つ有害な排気物質である。したがって、ＳＯ_xやＨ₂Ｓ等の硫黄成分を大気中に放出すると大気中の特定領域の硫黄成分濃度が高くなってしまう場合にはＮＯ_x保持剤からＳＯ_xを離脱させるべきではない。
【０００５】
そこで、ＮＯ_x保持剤の排気後流にＳＯ_x保持剤を配置した排気浄化装置が提案された。このような排気浄化装置では、硫黄成分を大気中に放出すると大気中の特定領域の硫黄成分濃度が高くなってしまう場合にＮＯ_x保持剤から離脱せしめられた硫黄成分をＳＯ_x保持剤に保持させ、硫黄成分を大気中に放出しても大気中の特定領域の硫黄成分濃度が高くならない場合にＳＯ_x保持剤に保持させた硫黄成分を離脱させて、大気中に放出させるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような排気浄化装置では、ＮＯ_x保持剤から硫黄成分を離脱させるための硫黄離脱処理を行うと、その硫黄離脱処理によってＮＯ_x保持剤がその硫黄離脱条件に到達するだけでなくＳＯ_x保持剤までもその硫黄離脱条件に到達してしまってＳＯ_x保持剤にＳＯ_xが保持されず、よってＮＯ_x保持剤から離脱せしめられた硫黄成分がＳＯ_x保持剤を通過してそのまま大気中に放出されてしまうことがあった。したがって、硫黄成分を大気中に放出すると大気中の特定領域の硫黄成分濃度が高くなってしまう場合にも大気中に硫黄成分が放出されてしまうことがあった。
【０００７】
したがって本発明の目的は排気上流側の保持剤において硫黄成分離脱処理を行っても大気中に硫黄成分が放出されてしまうことのない排気浄化装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の発明では、機関排気通路上にＮＯ _X 保持剤と該ＮＯ _X 保持剤の排気下流側に配置された硫黄保持剤とを具備し、これらＮＯ _X 保持剤及び硫黄保持剤はそれぞれ硫黄離脱条件以外の条件において排気ガス中に含まれる硫黄成分を保持すると共に硫黄離脱条件において保持している硫黄成分を排気ガス中に離脱させ、上記ＮＯ _X 保持剤から硫黄成分を離脱させるべきときに該ＮＯ _X 保持剤を硫黄離脱条件に到達させる上流側硫黄離脱処理を実行する上流側硫黄離脱手段をさらに具備する排気浄化装置において、上記上流側硫黄離脱手段は、上記硫黄保持剤がその硫黄離脱条件に到達することがないように且つ上記ＮＯ _X 保持剤から排出された排気ガス中の硫黄成分が上記硫黄保持剤に保持されるように上流側硫黄離脱処理を実行する。
【０００９】
一般に、ＮＯ _X 保持剤の硫黄離脱条件と硫黄保持剤の硫黄離脱条件とは類似しているため、ＮＯ _X 保持剤をその硫黄離脱条件に到達させると硫黄保持剤もその硫黄離脱条件に到達してしまうことが多い。このためＮＯ _X 保持剤をその硫黄離脱条件に到達させると、ＮＯ _X 保持剤から離脱せしめられた硫黄成分はそのまま大気中に放出されてしまう。これに対して第１の発明では、ＮＯ _X 保持剤の硫黄離脱処理を実行しＮＯ _X 保持剤がその硫黄離脱条件に到達せしめられても硫黄保持剤がその硫黄離脱条件に到達しないため、ＮＯ _X 保持剤から離脱せしめられた硫黄成分はほとんどが硫黄保持剤に保持される。
【００１０】
第２の発明では、第１の発明において、上記ＮＯ _X 保持剤及び硫黄保持剤の硫黄離脱条件は排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであってＮＯ _X 保持剤及び硫黄保持剤の温度がそれぞれの硫黄離脱温度より高いことである。
したがって、ＮＯ _X 保持剤の硫黄離脱処理が行われるときには、ＮＯ _X 保持剤に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチにされると共にＮＯ _X 保持剤の温度がその硫黄離脱温度よりも高くされながらも、硫黄保持剤がその硫黄離脱条件に到達しないように、硫黄保持剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンにされるかまたは硫黄保持剤の温度がその硫黄離脱温度よりも低くされる。
【００１１】
第３の発明では、第１又は２の発明において、上記上流側硫黄離脱手段は上記ＮＯ _X 保持剤の排気下流であって上記硫黄保持剤の排気上流において排気ガス中に空気を供給するための空気供給手段を有し、該空気供給手段によって上記硫黄保持剤に流入する排気ガス中に空気を供給することで該硫黄保持剤がその硫黄離脱条件にならないようにした。
第３の発明では、上流側硫黄保持剤の硫黄離脱処理を実行したときに、ＮＯ _X 保持剤から排出される排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであったとしても、その排気ガスが硫黄保持剤に流入する前に排気ガスに空気が供給されて排気ガスの空燃比がリーンとされるため、硫黄保持剤は硫黄離脱条件とならない。
【００１２】
第４の発明では、第１又は２の発明において、上記上流側硫黄離脱手段は上記硫黄保持剤の温度を制御するための温度制御手段を有し、上記上流側硫黄離脱処理を実行するときには温度制御手段によって上記硫黄保持剤がその硫黄離脱条件にならないようにした。
第４の発明では、ＮＯ _X 保持剤の硫黄離脱処理を実行したときに、硫黄保持剤の温度がその硫黄離脱温度以下となるように調整されるため、硫黄保持剤は硫黄離脱条件とならない。なお、実際の温度制御手段としては、ＮＯ _X 保持剤と硫黄保持剤との間の排気管の距離を長くし、排気ガスがこの排気管を通過する間に排気ガスを冷却することや、ＮＯ _X 保持剤と硫黄保持剤との間の排気管を冷却する冷却ファンを配置すること等が考えられる。また、第３の発明と同様に排気ガス中に外気を導入することによっても排気ガスを冷却することができる。
【００１３】
第５の発明では、第１〜４のいずれか一つの発明において、上記硫黄保持剤に保持された硫黄成分を離脱させることが許容される状態であるか否かを判定するための判定手段と、上記硫黄保持剤をその硫黄離脱条件に到達させる下流側硫黄離脱処理を実行することができる下流側硫黄離脱手段とをさらに具備し、該判定手段によって硫黄成分を離脱させることが許容される状態であると判定されたときに下流側硫黄離脱手段によって下流側硫黄離脱処理を実行するようにした。
【００１４】
第５の発明によれば、硫黄保持剤に保持された硫黄成分を離脱させることが許容されると判定された場合に、硫黄保持の硫黄離脱処理を行うことによって硫黄成分が硫黄保持剤から離脱せしめられて大気中に放出される。逆に言えば、例えば硫黄保持剤の硫黄離脱処理を実行していない状態で排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであったり、硫黄保持剤の温度が硫黄離脱温度近傍であったりして効率的に硫黄保持剤の硫黄離脱処理を実行することができるような場合であっても、すなわち効率的に硫黄保持剤から硫黄成分を離脱させることが可能であっても、硫黄成分を離脱させることが許容されないと判定された場合には硫黄保持剤の硫黄離脱処理は実行されず、よって硫黄成分は硫黄保持剤から離脱せしめられない。
【００１５】
第６の発明では、第５の発明において、上記硫黄保持剤に保持された硫黄成分量を算出する硫黄保持量算出手段をさらに具備し、上記判定手段によって硫黄成分を離脱させることが許容される状況であると判定されたときであっても硫黄保持量算出手段によって算出された硫黄成分量が予め定められた量以下であるときには下流側硫黄離脱処理を実行しないようにした。
【００１６】
硫黄保持剤の硫黄離脱処理を実行する場合、上述したように排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすると共に硫黄保持剤の温度をその硫黄離脱温度以上に昇温させなければならない。このような操作をするためには例えば排気ガス中に未燃の燃料を含有させたり、昇温装置で硫黄保持剤を昇温させたりする。ところが排気ガス中に未燃の燃料を含有させれば燃費が悪化し、昇温装置を用いれば硫黄保持剤の昇温にエネルギが消費されるため、硫黄離脱処理の回数は少ない方がよい。これに対して第６の発明では、硫黄保持剤に保持された硫黄成分量が予め定められた量以下であるときには硫黄離脱処理を実行しないため、硫黄離脱処理の実行回数が減り、燃費の悪化やエネルギの消費を防止することができる。
【００１７】
第７の発明では、第５または６の発明において、上記下流側硫黄離脱手段は上記ＮＯ _X 保持剤の排気下流であって上記硫黄保持剤の排気上流において排気ガス中に還元剤を添加するための還元剤添加装置である。
一般に、硫黄離脱処理を行うために排気ガスの温度を上げたり排気ガス中に未燃の燃料を含有させたりするのに、内燃機関から排出される排気ガスの特性に関するパラメータを変化させることが多い。ところが内燃機関から排出される排気ガスの特性に関するパラメータを変化させるには最適な運転状態にあった内燃機関を僅かに最適な状態とは異なった状態で運転させなければならず、このため内燃機関の安定性および出力性能が僅かながらも低下する。これに対して、第７の発明では内燃機関から排出される排気ガスの特性に関するパラメータを変化させる必要がない。このため第７の発明の硫黄離脱処理を行っても内燃機関の安定性および出力性能には何ら影響を与えない。
【００１８】
第８の発明では、第５〜７のいずれか一つの発明において、上記ＮＯ _X 保持剤をバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路に流入する排気ガスとＮＯ _X 保持剤に流入する排気ガスとの割合を調整する割合調整弁とをさらに具備し、下流側硫黄離脱処理が実行されるときには機関本体から排出される排気ガスの少なくとも一部がバイパス通路に流入するように割合調整弁を調整するようにした。
【００１９】
排気浄化手段の下流に硫黄保持剤を配置する構成では、内燃機関から排出された排気ガスはＮＯ _X 保持剤を通過してから硫黄保持剤に流入する。この場合、硫黄保持剤の硫黄離脱処理として硫黄保持剤をその硫黄離脱温度まで上昇させるように内燃機関から排出される排気ガスのパラメータを制御すると、ＮＯ _X 保持剤もその影響を受けて必要以上に高温になってしまう。これに対して第８の発明では、硫黄保持剤の硫黄離脱処理が実行されるときにＮＯ _X 保持剤がバイパスされる。このため内燃機関から排出された排気ガスの少なくとも一部、好ましくは全部がＮＯ _X 保持剤を通らずに直接硫黄保持剤に流入するので、ＮＯ _X 保持剤が高温になってしまうことが回避される。
【００２０】
第９の発明では、第５〜８のいずれか一つの発明において、上記硫黄保持剤に保持された硫黄成分を離脱させることが許容される状態が該硫黄保持剤から大気に硫黄成分を放出したときに該放出せしめられた硫黄成分を含む局所的な大気中の硫黄成分濃度が予め設定した濃度以下になると予想される状態である。
大気中の硫黄成分はその濃度が高くなると、例えばＨ₂Ｓが強い臭気を放つ等の理由から環境汚染が促進される。これに対して第９の発明によれば、離脱した硫黄成分を含む局所的な大気中の硫黄成分濃度が予め設定した濃度以下に抑えられることにより、硫黄成分による環境汚染を最小限に抑えることができる。
【００２１】
第１０の発明では、第１〜９のいずれか一つの発明において、上記ＮＯ _X 保持剤に保持された硫黄成分の量が所定量以上になったときに該ＮＯ _X 保持剤の硫黄離脱処理が実行され、上記硫黄保持剤が保持可能な硫黄成分量はＮＯ _X 保持剤の上記所定量よりも多い。
第１０の発明によれば、硫黄保持剤が保持可能な硫黄成分量がＮＯ _X 保持剤の上記所定量よりも多いため、ＮＯ _X 保持剤の硫黄離脱処理が行われて硫黄成分がＮＯ _X 保持剤から離脱せしめられた場合、離脱された硫黄成分を硫黄保持剤が全て保持することができる。さらに、硫黄保持剤が保持可能な硫黄成分量がＮＯ _X 保持剤の所定量の数倍であれば、硫黄保持剤はＮＯ _X 保持剤で硫黄離脱処理が数回行われてもＮＯ _X 保持剤から離脱せしめられた硫黄成分を全て保持することができる。
【００２３】
第１１の発明では、第１〜１０のいずれか一つの発明において、上記ＮＯ _X 保持剤および上記硫黄保持剤のうち少なくとも一方は排気ガス中の微粒子を捕集することができるパティキュレートフィルタに担持される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の排気浄化装置を説明する。図１は本発明の排気浄化装置を備えた火花点火式内燃機関を示す。なお本発明は圧縮着火式内燃機関にも適用可能である。
【００２５】
図１および図２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。
【００２６】
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、さらに吸気ダクト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に示した内燃機関では冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により吸入空気が冷却される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管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２２を介してＮＯ_x保持剤２３を内蔵したケーシング２４に連結される。ＮＯ_x保持剤２３の上流側には、ＮＯ_x保持剤２３の温度を検出するための温度センサ４９が取付けられる。一方、ＮＯ_x保持剤２３の下流側には、排気管２５を介して硫黄成分保持剤（以下、Ｓ保持剤と称す）２６を内蔵したケーシング２７が連結される。Ｓ保持剤２６の上流側には、Ｓ保持剤２６の温度を検出するための温度センサ５０が取付けられる。
【００２７】
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）通路２８を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２８内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２９が配置される。またＥＧＲ通路２８周りにはＥＧＲ通路２８内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置３０が配置される。図１に示した内燃機関では冷却装置３０内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によりＥＧＲガスが冷却される。
【００２８】
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３１内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３２から燃料が供給され、コモンレール３１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３１にはコモンレール３１内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３３が取り付けられ、燃料圧センサ３３の出力信号に基づいてコモンレール３１内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ３２の吐出量が制御される。
【００２９】
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により互いに接続された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および出力ポート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。また、温度センサ４９、５０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。
【００３０】
アクセルペダル５１にはアクセルペダル５１の踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５２が接続され、負荷センサ５２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。さらに、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５３、および当該排気浄化装置の搭載された車両の車速に応じた出力電圧を発生する車速センサ５４に接続される。一方、出力ポート４６は、対応する駆動回路４８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、および、燃料ポンプ２８に接続される。
【００３１】
ところで、吸気通路および燃焼室５内および排気通路に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると、本実施形態のＮＯ_x保持剤２３は後述するメカニズムでＮＯ_x保持剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_xを保持し、排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときには保持しているＮＯ_xを排気ガス中に離脱させる。離脱したＮＯ_xは、排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであるときに排気ガス中に含まれる還元剤（例えばＨＣ、ＣＯ）によって還元浄化される。
【００３２】
一方、このようなＮＯ_x保持剤２３では排気ガス中のＮＯ_xだけでなく硫黄成分も保持してしまう。このためＮＯ_x保持剤２３を硫黄成分保持剤と称することもできる。特にＮＯ_x保持剤２３は後述するメカニズムでＮＯ_x保持剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときまたは排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであってＮＯ_x保持剤２３の温度がＮＯ_x保持剤２３の硫黄成分の離脱温度（以下、Ｓ離脱温度と称す）よりも低いときには排気ガス中に含まれる硫黄成分を保持し、排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであってＮＯ_x保持剤２３の温度がＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱温度よりも高いときには保持している硫黄成分を離脱させる。離脱した硫黄成分は排気ガス中に放出され、ＮＯ_x保持剤の後流へまたは大気中へ放出される。
【００３３】
このようなＮＯ_x保持剤２３は排気ガス中に含まれるＮＯ_xを無限に保持することができるわけではなく、ＮＯ_x保持剤２３がＮＯ_xを保持できるＮＯ_x保持能力は決まっている。このため、定期的にＮＯ_x離脱処理、すなわち排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにする制御を行い、ＮＯ_x保持剤からＮＯ_xを離脱させて還元させる。さらに、ＮＯ_x保持剤２３に保持された硫黄成分がＮＯ_x保持能力に影響を及ぼす。より詳細には、ＮＯ_x保持剤２３に保持された硫黄成分量が多ければ多いほど、ＮＯ_x保持剤２３のＮＯ_x保持能力は低下し、ＮＯ_x保持剤が保持することができるＮＯ_x量は少なくなる。
【００３４】
したがってＮＯ_x保持剤２３のＮＯ_x保持能力を維持するためには、ＮＯ_x保持剤２３に保持された硫黄成分量を常に少量に抑える必要がある。このため、ＮＯ_x保持剤２３に保持された硫黄成分量が所定量を超えたときに硫黄成分の離脱処理（以下、Ｓ離脱処理と称す）を行うことによって硫黄成分が離脱される。Ｓ離脱処理では排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすると共にＮＯ_x保持剤２３の温度をＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱温度にまで上昇させる制御を行うことによってＮＯ_x保持剤２３から硫黄成分を離脱させる。
【００３５】
ＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理は以下のようにして行われる。上述したようにＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理では、ＮＯ_x保持剤２３に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすると共にＮＯ_x保持剤２３の温度をそのＳ離脱温度以上にまで上昇させる。ＮＯ_x保持剤２３の温度を上昇させるには、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するタイミングを遅らせたり、内燃機関の燃焼室に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射して燃焼させたり、また、燃焼室内の燃料に点火するための点火栓が設けられている場合にはこの点火栓による燃料の点火タイミングを遅らせたりすることによってＮＯ_x保持剤２３に流入する排気ガスの温度を上昇させる。温度の上昇した排気ガスがＮＯ_x保持剤２３に流入することによって、ＮＯ_x保持剤２３の温度が上昇する。
【００３６】
あるいは、ＮＯ_x保持剤２３の温度を上昇させるには、内燃機関の燃焼室に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射し、その燃料を燃焼させずにそのまま燃焼室から排出させたり、内燃機関の燃焼室に機関駆動用の燃料を多めに噴射したりすることによって排気ガス中に未燃の燃料を混入させる。このような未燃の燃料がＮＯ_x保持剤２３内で燃焼せしめられることによってＮＯ_x保持剤２３の温度が上昇する。このようにしてＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理では内燃機関から排出される排気ガスのパラメータ（例えば空燃比、温度）を変化させることによって行われる。
【００３７】
ところで、ＮＯ_x保持剤から離脱せしめられた硫黄成分はＳＯ_xとして、あるいはＨ₂Ｓとして大気中へと放出される。これらＳＯ_xやＨ₂Ｓの硫黄成分は有害な大気汚染物質であり、特に大気中の局所的な領域の硫黄成分濃度が高いと強い臭気を放ったり、人体に悪影響を及ぼしたりする。上述したようにＮＯ_x保持剤に保持されている硫黄成分量が所定量を超えるという要因によってＳ離脱処理を行うと、例えばＮＯ_x保持剤を搭載した車両が停止している場合や低速走行している場合等、硫黄成分を放出すると大気中の局所的な領域の硫黄成分濃度が高くなってしまう場合でもＳ離脱処理が行われ、よって大気中の局所的な領域の硫黄成分濃度が高くなってしまっていた。
【００３８】
これに対して、ＮＯ_x保持剤２３の排気下流に硫黄成分保持剤（以下、Ｓ保持剤と称す）２６を配置することが検討されている。Ｓ保持剤２６はＮＯ_x保持剤２３と同様にＳ保持剤２６に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときおよび排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであってＳ保持剤２６の温度がＳ保持剤２６のＳ離脱温度よりも低いときには排気ガス中に含まれる硫黄成分を保持し、排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであってＳ保持剤２６の温度がＳ保持剤２６のＳ離脱温度よりも高いときには保持している硫黄成分を離脱させる。離脱した硫黄成分は排気ガス中に放出され、Ｓ保持剤の後流へまたは大気中へ放出される。
【００３９】
このようなＳ保持剤２６はＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理を行ったときに離脱された硫黄成分が大気中に放出されてしまうことのないように、ＮＯ_x保持剤２３から離脱された硫黄成分を保持することを目的として配置される。ところが、ＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理を行うと、ＮＯ_x保持剤２３がＳ離脱条件に到達するだけでなく、Ｓ保持剤もＳ離脱条件に到達してしまうことがある。すなわち、上述したようにＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理を行うと、ＮＯ_x保持剤２３には高温で未燃の燃料を含んだ排気ガスが流入する。そしてこの排気ガスは未燃の燃料の一部が燃焼せしめられることによりより高温になり、また未燃の燃料の残りが排気ガス中に存在したままになるため、ＮＯ_x保持剤から排出される排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比またはリッチである。このようなＮＯ_x保持剤２３から排出された排気ガスは非常に高温であるため、ＮＯ_x保持剤２３から排出されてからＳ保持剤２６に流入するまでに温度が低下したとしても、Ｓ保持剤２６に流入するときにはまだＳ保持剤２６のＳ離脱温度以上である。
【００４０】
これに対して、本発明の第一実施形態の排気浄化装置では、Ｓ保持剤２６の温度を制御するための温度制御手段として排気管２５の長さが長くされている。これによりＮＯ_x保持剤２３とＳ保持剤２６との間の距離が長くなり、排気ガスがＮＯ_x保持剤２３から排出されてからＳ保持剤２６に流入するまでに排気ガスの温度がＳ保持剤２６のＳ離脱温度よりも低くなる。逆に、排気管２５の長さは排気管２５を通る排気ガスの温度が排気管２５通過中にＳ保持剤２６のＳ離脱温度よりも低い温度にまで低下せしめられるような長さである。これにより、Ｓ保持剤２６に流入する排気ガスの温度はＳ保持剤２６のＳ離脱温度よりも低くなるため、Ｓ保持剤２６に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであったとしても、Ｓ保持剤２６に流入した排気ガス中の硫黄成分はＳ保持剤２６に保持される。
【００４１】
ここで、Ｓ保持剤２６が保持可能な硫黄成分量はＮＯ_x保持剤２３の上記所定量よりも多い。このため、ＮＯ_x保持剤２３の硫黄離脱処理が行われて硫黄成分がＮＯ_x保持剤２３から離脱せしめられた場合、Ｓ保持剤２６は離脱された硫黄成分を全て保持することができる。さらに、Ｓ保持剤２６が保持可能な硫黄成分量がＮＯ_x保持剤２３の上記所定量の数倍であれば、Ｓ保持剤２６はＮＯ_x保持剤２３で硫黄離脱処理が数回行われてもＮＯ_x保持剤２３から離脱せしめられた硫黄成分を全て保持することができる。
【００４２】
Ｓ保持剤２６に保持された硫黄成分はＳ保持剤２６のＳ離脱処理を行うことによって離脱せしめられる。Ｓ保持剤２６では大気中に硫黄成分を放出することが許容されない場合、すなわち硫黄成分を放出すると少なくとも放出直後に硫黄成分が放出された辺りの大気中の局所的な領域の硫黄成分濃度が比較的高い濃度になってしまうと予想される場合にはＳ保持剤２６のＳ離脱処理が実行されない。逆に、大気中に硫黄成分を放出することが許容される場合、言い換えると硫黄成分を放出しても少なくとも放出直後に硫黄成分が放出された辺りの大気中の局所的な領域の硫黄成分濃度が高い濃度にはならないと予想される場合、すなわち離脱した硫黄成分を含む局所的な大気中の硫黄成分濃度が予め設定した濃度以下になると予想される場合にはＳ保持剤２６のＳ離脱処理が実行される。
【００４３】
このように本実施形態ではＮＯ_x保持剤２３に保持された硫黄成分が所定量を超えるとＮＯ_x保持剤２３から硫黄成分が離脱せしめられるにも関わらず、大気中に硫黄成分を放出することが許容されない場合には硫黄成分は大気中に放出されない。すなわち、本発明によればＮＯ_x保持剤２３に保持される硫黄成分量を所定量以下に維持しながらも、大気中の局所的な領域の硫黄成分濃度を高くしてしまうことがない。
【００４４】
なお、本実施形態ではＳ保持剤２３から大気中に硫黄成分を放出することが許容される場合であるか否かを当該排気浄化装置を搭載した車両の車速に応じて判定する。すなわち、一般に車両が比較的低速で走行している場合や停止している場合に大気中に硫黄成分を放出すると、放出された硫黄成分は大気中の局所的な領域に滞留し、このため上記局所的な領域の硫黄成分濃度が高くなってしまう。したがって、当該排気浄化装置を搭載している車両が比較的高速で走行している場合には大気中に硫黄成分を放出してもよいが、車両が比較的低速で走行している場合および停止している場合には大気中に硫黄成分を放出すべきではない。したがって本実施形態では、当該排気浄化装置を搭載した車両の車速を測定するための車速センサ５４によって測定された車速が所定速度以上である場合を大気中に硫黄成分を放出することが許容される場合とし、測定された車速が所定速度より小さい場合を大気中に硫黄成分を放出することが許容されない場合とする。
【００４５】
また、後述するようにＳ保持剤２６のＳ離脱処理を実行すると燃料消費量が増加する。一方、Ｓ保持剤２６が保持可能な硫黄成分量よりも少ない予め定められた量である基準量を設け、大気中に硫黄成分を放出することが許容される場合であって且つＳ保持剤２６に保持された硫黄成分量がこの基準量以上である場合にのみＳ保持剤２６のＳ離脱処理を実行することで、Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を実行する回数を減らすことができる。そこで、第一実施形態において、このような場合にのみＳ保持剤２６のＳ離脱処理を実行するようにしてもよい。なお、以下の説明では、こうした場合の実施形態について説明する。
【００４６】
次に、第一実施形態におけるＳ保持剤２６のＳ離脱処理について説明する。第一実施形態の排気浄化装置では排気管２５のＳ保持剤２６近傍に還元剤として燃料を添加（または噴射）する燃料噴射装置６０が配置され、Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を行うときには排気管２５を通る排気ガス中に燃料噴射装置６０から燃料が噴射される。これによりＳ保持剤２６のＳ離脱処理を行うときにはＳ保持剤２６に流入する排気ガスの空燃比は内燃機関から排出される排気ガスの空燃比に関わらずリッチである。また、燃料噴射装置６０から噴射された燃料がＳ保持剤２６内で燃焼するため、Ｓ保持剤２６の温度は上昇し、Ｓ保持剤２６のＳ離脱温度に達する。このように燃料噴射装置６０から燃料が噴射されることによって排気ガスの空燃比がリッチにされ且つＳ保持剤２６の温度がＳ離脱温度以上に上昇せしめられ、Ｓ保持剤２６から硫黄成分が離脱せしめられる。
【００４７】
ところで、通常Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を行うにはＮＯ_x保持剤２３におけるＳ離脱処理と同様に、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上げたり、その排気ガス中に未燃の燃料を含有させたりすることによってＳ保持剤２６の温度を上昇させていた。ところが、このような方法でＳ保持剤２６の温度を上昇させようとすると、Ｓ保持剤２６の上流に配置されたＮＯ_x保持剤２３は高温で未燃の燃料を多量に含んだ排気ガスと最初に接触するため、Ｓ保持剤２６以上に温度が上昇してしまう。Ｓ保持剤２６の温度をＳ保持剤２６のＳ離脱温度にまで上昇させると、ＮＯ_x保持剤２３はＳ保持剤２６のＳ離脱温度以上の極端な高温になってしまう。ＮＯ_x保持剤２３が必要以上に高温になると、熱劣化等によりＮＯ_x保持剤２３の浄化性能が低下してしまったり、ＮＯ_x保持剤２３の不必要な昇温のために燃料を消費してしまったりといった問題が生じる。
【００４８】
これに対して本実施形態では、Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理においてＮＯ_x保持剤２３の下流に配置された燃料噴射装置６０から燃料が噴射されるのでＮＯ_x保持剤２３の温度が上昇することはなく、またＮＯ_x保持剤２３の昇温に燃料が消費されてしまうこともない。一方、本実施形態の排気浄化装置ではＳ保持剤２６のＳ離脱処理を実行してもＮＯ_x保持剤２３は昇温されないことから、Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理実行時にはＮＯ_x保持剤２３からは硫黄成分が離脱せしめられない。
【００４９】
また、上述したようなＮＯ_x保持剤２６のＳ離脱処理では、内燃機関から排出される排気ガスの温度が上がるように、またはその排気ガス中に未燃の燃料を含有させるように内燃機関が運転せしめられる。ところが、このように内燃機関を運転させる場合、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するタイミングを遅らせたり点火栓による燃料の点火タイミングを遅らせたりしているため、機関回転数や負荷等に応じた内燃機関の最適な運転状態とは僅かに異なった運転状態で内燃機関が運転される。このような運転状態で内燃機関が運転されると、最適な運転状態である場合に比べて内燃機関の安定性および出力性能が低下してしまう。
【００５０】
これに対して本実施形態では、排気管２５を通る排気ガスに燃料が噴射されるだけなので、Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を行うのに燃料を噴射するタイミングや燃料の点火タイミングを変更する必要がない。したがってＳ保持剤２６のＳ離脱処理を実行しても、内燃機関の安定性および出力性能が低下してしまうことが防止される。
【００５１】
次に、第一実施形態におけるＮＯ_x保持剤２３およびＳ保持剤２６から硫黄成分を離脱させて大気中に放出するためのＳ放出制御について説明する。本実施形態では、硫黄保持量算出手段によってＮＯ_x保持剤２３およびＳ保持剤２６にそれぞれ保持された硫黄成分量Ｈ_noxおよびＨ_sが算出される。これら硫黄成分量の算出は以下のように行われる。燃料噴射量、燃料中の硫黄成分の割合等が測定され、測定された値に基づいて内燃機関から単位時間当たりに排出される排気ガス中の硫黄成分量が算出される。算出された値はＮＯ_x保持剤２３に保持されている硫黄成分量Ｈ_noxに加算される。こうしてＮＯ_x保持剤２３に保持されている硫黄成分量Ｈ_noxが推定される。この硫黄成分量Ｈ_noxはＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理が実行されると零にリセットされ、代わりにその時のＨ_noxの値がＳ保持剤２３に保持されている硫黄成分量Ｈ_sに加算される。一方、Ｓ保持剤２３の離脱処理が実行されると、Ｓ保持剤２６から硫黄成分が離脱せしめられるためＨ_sが零にリセットされる。
【００５２】
Ｓ放出制御ではＮＯ_x保持剤２３に保持されている硫黄成分量Ｈ_noxが上記所定量Ｈ_pnox以上である場合にはＮＯ_x保持剤２３から硫黄成分を離脱させなければならず、ＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理が行われる。一方、ＮＯ_x保持剤２３に保持されている硫黄成分量Ｈ_noxが上記所定量Ｈ_pnoxより少ない場合にはＮＯ_x保持剤２３から硫黄成分を離脱させる必要はないため、ＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理は実行されない。
【００５３】
次いで、Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を行うか否かが大気中に硫黄成分を放出することが許容される場合であるか否かによって決定され、大気中に硫黄成分を放出することが許容される場合、すなわち当該排気浄化装置を搭載した車両の車速Ｓが所定速度Ｓ_p以上である場合にはＳ保持剤２６のＳ離脱処理が実行され、大気中に硫黄成分を放出することが許容されない場合、すなわち車両の車速Ｓが所定速度Ｓ_pよりも小さい場合にはＳ保持剤２６のＳ離脱処理は実行されない。ただし、車両の車速Ｓが上記所定速度Ｓ_p以上であるときに常にＳ保持剤２６のＳ離脱処理を行うと例えば高速道路等の高速運転時に常にＳ保持剤２６のＳ離脱処理が行われることになってしまう。Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を行う場合には燃料噴射装置６０から燃料が噴射されるので、Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を長時間続けて行うと燃費が悪化してしまう。このため、車両の車速Ｓが上記所定速度Ｓ_p以上であっても、Ｓ保持剤２６に保持されている硫黄成分量Ｈ_sが予め定められた量である基準量Ｈ_ps以下である場合にはＳ保持剤２６のＳ離脱処理を行わない。これにより燃費の悪化等が防止される。
【００５４】
なお、上記実施形態では大気中に硫黄成分を放出することが許容されない場合を当該排気浄化装置を搭載している車両が比較的低速で走行している場合や停止している場合であるとしたが、トンネル内や工業地帯等、大気中に硫黄成分を放出する前から大気中の硫黄成分の濃度が高く、大気中に少量の硫黄成分を放出しただけで局所的な領域の硫黄成分が予め設定した濃度より高くなってしまうような場合等も考えられる。
【００５５】
また、上記第一実施形態では温度制御手段として排気管２５の長さを長くすることを挙げたが、排気管２５の外部に冷却ファンを配置すること等、排気管２５からＳ保持剤２６に流入する排気ガスの温度を下げるとができれば如何なる形態であってもよい。
【００５６】
さらに、Ｓ保持剤２６はＮＯ_x保持剤であってもよい。この場合、ＮＯ_x保持剤２３においてわずかでもＮＯ_xを浄化できなかった場合に、浄化できなかったＮＯ_xをＳ保持剤２６において浄化することができる。この場合でもＳ保持剤２６に流入するＮＯ_xは少量であり、よってＳ保持剤２６に保持される硫黄成分の量をＮＯ_x保持剤２３のように所定量以下に抑える必要がないため、Ｓ保持剤２６ではＮＯ_x保持剤２３よりも多くの硫黄成分を保持可能である。
【００５７】
あるいはＳ保持剤２６は排気ガス中の微粒子を捕集することができるパティキュレートフィルタに硫黄成分を保持する機能をもたせたものであってもよい。また、ＮＯ_x保持剤２３が排気ガス中の微粒子を捕集することができるパティキュレートフィルタにＮＯ_xおよび硫黄成分を保持する機能をもたせたものであってもよい。このようなパティキュレートフィルタでは硫黄成分やＮＯ_xを保持する機能の他に内燃機関から排出される微粒子も同時に捕集することが可能である。また、パティキュレートフィルタは、パティキュレートフィルタ内で連続的に生成される活性酸素によってパティキュレートフィルタに捕集された微粒子を連続的に酸化することができるのが好ましい。このようなパティキュレートフィルタにより、排気ガスをより効果的に浄化することができる。
【００５８】
次に図３を参照して第一実施形態におけるＳ放出制御ルーチンについて説明する。まずステップ１０１においてＮＯ_x保持剤２３に保持された硫黄成分量Ｈ_noxが所定量Ｈ_pnox以上であるか否かが判定され、硫黄成分量Ｈ_noxが所定量Ｈ_pnoxより小さいと判定された場合にはステップ１０４へと進む。ステップ１０１において硫黄成分量Ｈ_noxが所定量Ｈ_pnox以上であると判定された場合にはステップ１０２へと進む。ステップ１０２ではＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理が実行される。次いでステップ１０３ではＮＯ_x保持剤２３に保持された硫黄成分量Ｈ_noxがＳ保持剤２６に保持された硫黄成分量Ｈ_sに加算され、その後硫黄成分量Ｈ_noxが零にリセットされ、ステップ１０４へと進む。
【００５９】
ステップ１０４ではＳ保持剤２６に保持された硫黄成分量Ｈ_sが基準量Ｈ_ps以上であるか否かが判定され、硫黄成分量Ｈ_sが基準量Ｈ_psよりも少ないと判定された場合にはＳ放出制御ルーチンが終了せしめられる。ステップ１０４で硫黄成分量Ｈ_sが基準量Ｈ_ps以上であると判定された場合にはステップ１０５へと進み、当該排気浄化装置を搭載した車両の速度Ｓが所定速度Ｓ_p以上であるか否かが判定される。車両の速度Ｓが所定速度Ｓ_pよりも小さいと判定された場合にはＳ放出制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１０５において車両の速度Ｓが所定速度Ｓ_p以上であると判定された場合にはステップ１０６へと進む。ステップ１４６ではＳ保持剤２６のＳ離脱処理が実行され、燃料噴射装置６０から燃料が噴射される。次いで、ステップ１０７ではＳ保持剤２６に保持された硫黄成分量Ｈ_sが零にリセットされ、Ｓ放出制御ルーチンが終了せしめられる。
【００６０】
次に、図４を参照して本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態の排気浄化装置の構成は第一実施形態の排気浄化装置の構成とほぼ同一であるが、第二実施形態の排気浄化装置では排気管６１の長さが第一実施形態の排気管の長さ２５に比べて短く、通常の排気管と同様な長さであり、この排気管６１には排気管６１を通過する排気ガス中に空気を供給する空気供給装置６２が設けられる。さらに第二実施形態の排気浄化装置では、ＮＯ_x保持剤２３をバイパスするバイパス通路７０と、このバイパス通路７０とＮＯ_x保持剤２３との分岐部に配置される流量調整弁７１とが設けられる。
【００６１】
ＮＯ_x保持剤２３の排気下流であってＳ保持剤２６の排気上流に設けられた空気供給手段６２はＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理を行うときに、ＮＯ_x保持剤２３から排出された排気ガスがＳ保持剤２６に流入する前にこの排気ガス中に空気を供給する。このため、ＮＯ_x保持剤２３から排出された排気ガスの空燃比に関わらず、Ｓ保持剤２６に流入する排気ガスの空燃比をリーンにすることができる。排気ガスの空燃比がリーンとなれば、Ｓ保持剤２６はそのＳ離脱条件に到達することがなく、よってＳ保持剤２６を通る排気ガス中の硫黄成分を保持する。したがって、本発明の第二実施形態の排気浄化装置によれば、ＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理を行うときに、上述した第一実施形態におけるＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理に加えて、空気供給手段６２から排気管６１を流れる排気ガス中に空気を供給することによって、ＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理を行っても大気中に硫黄成分が放出されてしまうことがなくなる。
【００６２】
一方、バイパス通路７０とＮＯ_x保持剤２３との分岐部に配置された流量調整弁７１はバイパス通路７０とＮＯ_x保持剤２３とに流入する流量を調整する。言い換えると、流量調整弁７１はバイパス通路７０とＮＯ_x保持剤２３とに流入する排気ガスの割合を調整する割合調整弁と称することもできる。より詳細には流量調整弁７１が図４に点線で示した第一の位置にあるときには内燃機関から排出された排気ガスはＮＯ_x保持剤２３を通り、その後Ｓ保持剤２６に流入する。一方、流量調整弁７１が図４に実線で示した第二の位置にあるときには内燃機関から排出された排気ガスはＮＯ_x保持剤２３をバイパスしてＳ保持剤２６に流入する。流量調整弁７１はＳ保持剤２６のＳ離脱処理を実行するとき以外は第一の位置にある。
【００６３】
Ｓ保持剤２６のＳ離脱処理を実行すると、まず流量調整弁７１が第二の位置に移動せしめられ、これにより内燃機関から排出された排気ガスはＮＯ_x保持剤２３をバイパスしてＳ保持剤２６に流入せしめられる。次いで、第一実施形態におけるＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理と同様に内燃機関から排出される排気ガスの温度が上昇せしめられたり、排気ガス中に未燃の燃料が混入せしめられたりする。このとき排気ガスが直接Ｓ保持剤２６に流入せしめられるため、ＮＯ_x保持剤２３を昇温してしまうことがない。したがってＳ保持剤２６のＳ離脱処理を行うときには上述した第一実施形態のＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱処理と同様な処理に加えて、流量調整弁７１を第二の位置に移動させることにより、高温で未燃の燃料を含んだ排気ガスがＳ保持剤２６に流入し、これによりＳ保持剤２６に保持された硫黄成分が離脱せしめられる。したがって、第二実施形態によれば、第一実施形態の燃料噴射装置６０等の装置を追加することなくＳ保持剤２６の温度を上昇させることができる。
【００６４】
最後に、ＮＯ_x保持剤２３について説明する。ＮＯ_x保持剤２３はカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）のようなアルカリ土類金属、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）、セリウム（Ｃｅ）のような希土類、鉄（Ｆｅ）のような遷移金属、およびスズ（Ｓｎ）のような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つと、白金（Ｐｔ）のような貴金属触媒とから成る。
【００６５】
次に、図５を参照して本発明のＮＯ_x保持剤２３のＮＯ_x保持・離脱メカニズムおよび硫黄成分保持・離脱メカニズムについて白金（Ｐｔ）とバリウム（Ｂａ）とから成るＮＯ_x保持剤２３を例にとって説明するが、他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属から成るＮＯ_x保持剤でも同様なメカニズムになる。
【００６６】
ＮＯ_x保持剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリーンであり排気ガス中の酸素濃度が高いと、図５（Ａ）に示したように排気ガス中の酸素はＯ₂ ^-またはＯ^2-の形で白金の表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金の表面上でＯ₂ ^-またはＯ^2-と反応し、ＮＯ₂となる（２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂）。次いで生成されたＮＯ₂および排気ガス中のＮＯ₂の一部は白金上で酸化されつつＮＯ_x保持剤２３に吸収され、バリウム（Ｂａ）と結合しながら図５（Ａ）に示したように硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）の形でＮＯ_x保持剤２３内に拡散し、硝酸塩（ＢａＮＯ₃）を生成する。すなわち、排気ガス中のＮＯ_xが硝酸イオンの形でＮＯ_x保持剤２３に保持される。
【００６７】
一方、排気ガス中の硫黄成分、特にＳＯ_XもＮＯ_Xと同様なメカニズムによりＮＯ_x保持剤２３に保持される。すなわち、排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中のＳＯ₂は白金Ｐｔの表面でＯ₂ ^-またはＯ^2-と反応してＳＯ₃となる。次いで、斯くして生成されたＳＯ₃の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_x保持剤２３に吸収され、バリウム（Ｂａ）と結合しながら、硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2-）の形でＮＯ_x保持剤２３内に拡散し、硫酸塩（ＢａＳＯ₄）を生成する。すなわち、排気ガス中のＳＯ_xが硫酸イオンの形でＮＯ_x保持剤２３に保持される。
【００６８】
ＮＯ_x保持剤２３に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチにされると、排気ガス中の酸素濃度が低下し、その結果、白金（Ｐｔ）の表面でのＮＯ₂の生成量が低下する。ＮＯ₂の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、斯くしてＮＯ_x保持剤２３内の硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）がＮＯ₂の形でＮＯ_x保持剤２３から離脱せしめられる。このときＮＯ_X保持剤２３から離脱せしめられたＮＯ_Xは図５（Ｂ）に示したように流入排気ガス中に含まれる多量の未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金の表面上にＮＯ₂が存在しなくなるとＮＯ_x保持剤２３から次から次へとＮＯ₂が離脱せしめられる。したがってＮＯ_x保持剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされると短時間のうちにＮＯ_x保持剤２３からＮＯ_Xが離脱せしめられ、しかもこの離脱したＮＯ_Xが還元されるので大気中にＮＯ_Xが放出されることはない。
【００６９】
一方、硫酸塩（ＢａＳＯ₄）は安定していて分解しづらく、ＮＯ_x保持剤２３に流入する排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩は分解されずにそのまま残る。ところがこの場合、ＮＯ_X保持剤２３の温度がＮＯ_x保持剤２３のＳ離脱温度、例えば６００℃以上になるとＮＯ_X保持剤２３内において硫酸塩が分解して硫酸イオンＳＯ₄ ^2-が生成され、このときＮＯ_X保持剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリッチであればＮＯ_X保持剤２３からＳＯ_xが離脱せしめられる。離脱せしめられたＳＯ_Xの一部は排気ガス中に含まれるＨＣやＣＯと反応し、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）を生成する。そして、これらＳＯ_xおよびＨ₂Ｓの硫黄成分は大気中に放出せしめられる。
【００７０】
なお、ＮＯ_x保持剤２３についてのみ説明したが、Ｓ保持剤２６もＮＯ_x保持剤２３と同様な構成であり、また、Ｓ保持剤２６における硫黄成分の保持および離脱もＮＯ_x保持剤２３の硫黄成分保持・離脱メカニズムと同様なメカニズムで行われる。また、バリウム（Ｂａ）やリチウム（Ｌｉ）、特にリチウムを担持する量が多いと硫黄成分の保持能力を向上させるのに有効であるため、特にＳ保持剤２６はバリウムやリチウム、特にリチウムを多く担持しているのが好ましい。
【００７１】
また、本明細書においてＮＯ_xおよび硫黄成分に関する「保持」という語は「吸収」及び「吸着」の両方の意味を含む。したがって、「ＮＯ_x保持剤」は、「ＮＯ_x吸収剤」と「ＮＯ_x吸着剤」の両方を含み、前者はＮＯ_xを硝酸塩等の形で蓄積し、後者はＮＯ₂等の形で吸着する。また、ＮＯ_x保持剤からの「離脱」という語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含む。
【００７２】
【発明の効果】
第１の発明によれば、ＮＯ _X 保持剤から離脱せしめられた硫黄成分が必ず硫黄保持剤に保持されるため、ＮＯ _X 保持剤において硫黄成分離脱処理を行っても大気中に硫黄成分が放出されてしまうことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関の全体を示す図である。
【図２】本発明の第一実施形態の排気浄化装置の概略図である。
【図３】第一実施形態のＳ放出制御のフローチャートである。
【図４】第二実施形態の排気浄化装置の概略図である。
【図５】ＮＯ_x保持・離脱メカニズムを示す図である。
【符号の説明】
２３…ＮＯ_x保持剤
２４…ケーシング
２５…排気管
２６…硫黄成分保持剤
２７…ケーシング
４９…温度センサ
５０…温度センサ

Claims (11)

1. 機関排気通路上にＮＯ _X 保持剤と該ＮＯ _X 保持剤の排気下流側に配置された硫黄保持剤とを具備し、これらＮＯ _X 保持剤及び硫黄保持剤はそれぞれ硫黄離脱条件以外の条件において排気ガス中に含まれる硫黄成分を保持すると共に硫黄離脱条件において保持している硫黄成分を排気ガス中に離脱させ、上記ＮＯ _X 保持剤から硫黄成分を離脱させるべきときに該ＮＯ _X 保持剤を硫黄離脱条件に到達させる上流側硫黄離脱処理を実行する上流側硫黄離脱手段をさらに具備する排気浄化装置において、
   上記上流側硫黄離脱手段は、上記硫黄保持剤がその硫黄離脱条件に到達することがないように且つ上記ＮＯ _X 保持剤から排出された排気ガス中の硫黄成分が上記硫黄保持剤に保持されるように上流側硫黄離脱処理を実行する排気浄化装置。
2. 上記ＮＯ _X 保持剤及び硫黄保持剤の硫黄離脱条件は排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであってＮＯ _X 保持剤及び硫黄保持剤の温度がそれぞれの硫黄離脱温度より高いことである請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 上記上流側硫黄離脱手段は上記ＮＯ _X 保持剤の排気下流であって上記硫黄保持剤の排気上流において排気ガス中に空気を供給するための空気供給手段を有し、該空気供給手段によって上記硫黄保持剤に流入する排気ガス中に空気を供給することで該硫黄保持剤がその硫黄離脱条件にならないようにした請求項１または２に記載の排気浄化装置。
4. 上記上流側硫黄離脱手段は上記硫黄保持剤の温度を制御するための温度制御手段を有し、上記上流側硫黄離脱処理を実行するときには温度制御手段によって上記硫黄保持剤がその硫黄離脱条件にならないようにした請求項１または２に記載の排気浄化装置。
5. 上記硫黄保持剤に保持された硫黄成分を離脱させることが許容される状態であるか否かを判定するための判定手段と、上記硫黄保持剤をその硫黄離脱条件に到達させる下流側硫黄離脱処理を実行することができる下流側硫黄離脱手段とをさらに具備し、該判定手段によって硫黄成分を離脱させることが許容される状態であると判定されたときに下流側硫黄離脱手段によって下流側硫黄離脱処理を実行するようにした請求項１〜４のいずれか一つに記載の排気浄化装置。
6. 上記硫黄保持剤に保持された硫黄成分量を算出する硫黄保持量算出手段をさらに具備し、上記判定手段によって硫黄成分を離脱させることが許容される状況であると判定されたときであっても硫黄保持量算出手段によって算出された硫黄成分量が予め定められた量以下であるときには下流側硫黄離脱処理を実行しないようにした請求項５に記載の排気浄化装置。
7. 上記下流側硫黄離脱手段は上記ＮＯ _X 保持剤の排気下流であって上記硫黄保持剤の排気上流において排気ガス中に還元剤を添加するための還元剤添加装置である請求項５または６に記載の排気浄化装置。
8. 上記ＮＯ _X 保持剤をバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路に流入する排気ガスとＮＯ _X 保持剤に流入する排気ガスとの割合を調整する割合調整弁とをさらに具備し、下流側硫黄離脱処理が実行されるときには機関本体から排出される排気ガスの少なくとも一部がバイパス通路に流入するように割合調整弁を調整するようにした請求項５〜７のいずれか一つに記載の排気浄化装置。
9. 上記硫黄保持剤に保持された硫黄成分を離脱させることが許容される状態が該硫黄保持剤から大気に硫黄成分を放出したときに該放出せしめられた硫黄成分を含む局所的な大気中の硫黄成分濃度が予め設定した濃度以下になると予想される状態である請求項５〜８のいずれか一つに記載の排気浄化装置。
10. 上記ＮＯ _X 保持剤に保持された硫黄成分の量が所定量以上になったときに該ＮＯ _X 保持剤の硫黄離脱処理が実行され、上記硫黄保持剤が保持可能な硫黄成分量はＮＯ _X 保持剤の上記所定量よりも多い請求項１〜９のいずれか一つに記載の排気浄化装置。
11. 上記ＮＯ _X 保持剤および上記硫黄保持剤のうち少なくとも一方は排気ガス中の微粒子を捕集することができるパティキュレートフィルタに担持される請求項１〜１０のいずれか一つに記載の排気浄化装置。

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