JP3514152B2

JP3514152B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3514152B2
Application number: JP03068899A
Authority: JP
Inventors: 信也広田; 俊明田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2004-03-31
Anticipated expiration: 2019-02-08
Also published as: JP2000230419A

Description

【発明の詳細な説明】

【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（ＮＯ
x）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吸収剤がある。Ｎ
Ｏx吸収剤は、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吸収剤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ＮＯ
xがＮＯ₂として放出され、さらに排気ガス中のＨＣやＣ
Ｏ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、Ｎ
Ｏx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この
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Ｓ
Ｏxは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成するため、
前記ＮＯx触媒からＮＯxの放出・還元を行うのと同じ条
件下では、分解、放出されにくく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吸収容量が減少して排気ガス中のＮＯxの除
去を十分に行うことができなくなりＮＯx浄化効率が低
下する。これが所謂ＳＯx被毒である。

【０００６】そこで、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、ＮＯx触媒より
も上流に、排気ガス中のＳＯxを主に吸収するＳＯx吸収
剤を配置し、ＮＯx触媒にＳＯxが流れ込まないようにし
てＳＯx被毒の防止を図った排気浄化装置が開発されて
いる。

【０００７】前記ＳＯx吸収剤は、流入ガスの空燃比が
リーンのときにＳＯxを吸収し、流入ガスの酸素濃度が
低いときに吸収したＳＯxをＳＯ₂として放出するもので
あるが、このＳＯx吸収剤のＳＯx吸収容量にも限りがあ
るため、ＳＯx吸収剤がＳＯxで飽和する前にＳＯx吸収
剤からＳＯxを放出させる処理、即ち再生処理を実行す
る必要がある。

【０００８】ＳＯx吸収剤の再生処理技術については、
例えば特許番号第２６０５５８０号の特許公報に開示さ
れている。この公報によれば、ＳＯx吸収剤に吸収され
たＳＯxを放出させるには、流入排気ガスの空燃比をス
トイキまたはリッチにして酸素濃度を低下させる必要が
あり、また、ＳＯx吸収剤の温度が高い方がＳＯxが放出
され易いとされている。

【０００９】ＳＯx吸収剤の再生排気は当然にＳＯx濃度
が高くなるが、この再生排気は高温でストイキまたはリ
ッチであるので、再生排気をＮＯx触媒に流しても再生
排気中のＳＯxはＮＯx触媒に吸収されにくく、そのまま
素通りして排出されることとなる。

【００１０】なお、前記公報に開示された再生処理技術
では、ＳＯx吸収剤とＮＯx触媒とを接続する排気管から
分岐してＮＯx触媒を迂回するバイパス通路を設けると
ともに、排気ガスをＮＯx触媒とバイパス通路のいずれ
に流すか選択的に切り替える排気切替弁を設け、ＳＯx
吸収剤からＳＯxを放出させる再生処理実行中は排気切
替弁により排気ガスをバイパス通路に流れるようにして
ＮＯx触媒には流れないようにし、再生処理を実行して
いない時には排気切替弁により排気ガスをＮＯx触媒に
流れるようにしてバイパス通路には流れないようにする
ことによって、ＮＯx触媒にＳＯxが吸収されるのを確実
に防止するようにしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来、ＳＯx吸収剤の
再生時期は、内燃機関から排出されるＳＯx量を積算し
て積算値が設定値になったときとしたり、あるいは内燃
機関の運転時間が設定時間に達したときとするなど、い
ずれにしても内燃機関の運転状態の積算によって再生時
期に達したか否かを判定している。

【００１２】しかしながら、ＳＯx吸収剤は常に排気ガ
スの熱に晒されるため経時的に熱劣化が生じ、この熱劣
化の進行によってＳＯx吸収剤のＳＯx吸収容量が減少し
ていくという現象が生じる。そのため、熱劣化が進行し
た場合に、実際にはＳＯx吸収剤を再生すべき時である
にもかかわらず再生時期に達していないと判定されて、
ＳＯx吸収剤の再生が遅れる虞れがあった。

【００１３】また、ＳＯx吸収剤の熱劣化が進行すると
ＳＯx吸収剤からＳＯxが放出され易くなることが、以下
の事象から本出願人により確認されている。ＳＯx吸収
剤の熱劣化が殆ど進んでいない場合には、ＮＯx触媒か
らＮＯxを放出させるために排気ガスの空燃比を短時間
だけ（スパイク的に）ストイキまたはリッチ（以下、こ
れをリッチスパイクという）にしたときに、その排気ガ
スがＳＯx吸収剤に流れても極めて短時間なためＳＯx吸
収剤からＳＯxは放出されない。しかしながら、ＳＯx吸
収剤の熱劣化が進行した場合には、たとえ短時間といえ
ども前記リッチスパイクの排気ガスがＳＯx吸収剤に流
れたときに、ＳＯx吸収剤からＳＯxが放出されるように
なる。その結果、ＳＯxがＮＯx触媒に流れ込んでＳＯx
被毒を生じさせる虞れがあった。

【００１４】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、ＳＯx吸収剤の再生を適正な時期に実行して、
ＮＯx吸着剤のＳＯx被毒を防止することにある。

【００１５】

【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。本発明は、（イ）
希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置され流入する
排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯx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ＳＯxを
放出するＳＯx吸収剤と、（ロ）前記ＳＯx吸収剤よりも
下流の前記排気通路に配置さ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
収剤と、（ハ）前記ＮＯx吸収剤におけるＮＯxの吸収・
放出を制御すべく排気ガスの空燃比を制御する排気空燃
比制御手段と、（ニ）前記ＳＯx吸収剤からＳＯxを放出
させてＳＯx吸収剤を再生させるべく排気ガスの酸素濃
度を低減する再生手段と、を備える内燃機関の排気浄化
装置において、（ホ）前記排気空燃比制御手段により排
気ガスの空燃比をストイキまたはリッチに制御したとき
の前記ＳＯx吸収剤の下流における排気ガスのＳＯx濃度
を検出するＳＯx濃度検出手段と、（ヘ）前記ＳＯx濃度
検出手段で検出した排気ガスのＳＯx濃度に基づいて前
記ＳＯx吸収剤の劣化の状態を判定する劣化判定手段
と、（ト）前記劣化判定手段により判定されたＳＯx吸
収剤の劣化の状態に応じて前記再生手段によるＳＯx吸
収剤の再生頻度を変更する再生頻度変更手段と、を備え
ることを特徴とする。

【００１６】上述構成からなる本発明の内燃機関の排気
浄化装置では、排気空燃比制御手段が排気ガスの空燃比
をリーンに制御しているときに排気ガス中のＮＯxがＮ
Ｏx吸収剤に吸収され、排気空燃比制御手段が排気ガス
の空燃比をストイキまたはリッチに制御することにより
排気ガスの酸素濃度を低下させているときに、ＮＯx吸
収剤に吸収されたＮＯxが放出される。そして、排気空
燃比制御手段が排気ガスの空燃比をストイキまたはリッ
チに制御しているときに、ＳＯx濃度検出手段がＳＯx吸
収剤下流の排気ガスのＳＯx濃度を検出し、検出された
ＳＯx濃度に基づいて劣化判定手段がＳＯx吸収剤の劣化
状態（劣化程度）を判定する。さらに、劣化判定手段の
判定結果に応じて再生頻度変更手段がＳＯx吸収剤の再
生頻度を変更し、再生手段は変更後の再生頻度でＳＯx
吸収剤を再生する。これにより、ＳＯx吸収剤のＳＯx吸
収容量が劣化によって低下した場合にも、ＳＯx吸収剤
は適正な時期に再生されるようになるとともに、ＮＯx
吸収剤がＳＯx被毒するのを防止することができる。

【００１７】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、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。

【００１８】本発明において、排気ガスの空燃比とは、
機関吸気通路及びＳＯx吸収剤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。

【００１９】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、ＳＯx吸収剤としては、アルミナからなる担体上
に銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、マンガンＭｎ、ニッケルＮｉのよう
な遷移金属、ナトリウムＮａ、チタンＴｉおよびリチウ
ムＬｉから選ばれた少なくとも一つを坦持したものを例
示することができる。また、ＳＯxを硫酸イオンＳＯ₄ ^2-
の形でＳＯx吸収剤内に吸収され易くするために、ＳＯx
吸収剤の担体上に、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウ
ムＲｈのいずれかを坦持させるのが好ましい。

【００２０】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、ＮＯx吸収剤としては、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Ｎ
Ｏx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Ｌ
ｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢ
ａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬ
ａ、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
るものを例示することができる。

【００２１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、内燃機関がガソリンエンジンの場合には、排気空
燃比制御手段および再生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現可能である。ま
た、内燃機関がディーゼルエンジンの場合には、排気空
燃比制御手段および再生手段は、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、ＳＯx吸収剤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。

【００２２】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、劣化判定手段によるＳＯx吸収剤の劣化状態の判
定は、ＳＯx濃度検出手段により検出されたＳＯx濃度が
高いほどＳＯx吸収剤の劣化が進んでいると判定する。
ＳＯx吸収剤から放出されるＳＯx量はＳＯx吸収剤の温
度にも関係するので、ＳＯx吸収剤の温度によって判定
誤差が生じないようにするのが好ましい。そのために
は、例えば、ＳＯx吸収剤の劣化状態の判定基準となる
ＳＯx濃度をＳＯx吸収剤の温度に応じて予め設定してお
いてもよい。あるいは、ＳＯx吸収剤が所定の基準温度
のときの劣化状態の判定基準となるＳＯx濃度を予め設
定しておき、ＳＯx濃度検出手段により検出されたＳＯx
濃度を基準温度におけるＳＯx濃度に補正した上で劣化
状態を判定するようにしてもよい。

【００２３】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、再生頻度変更手段によるＳＯx吸収剤の再生頻度
の変更は、例えば、ＳＯx吸収剤が再生時期に達したか
否かの判定基準となるＳＯx吸収容量や機関運転時間を
変更することにより達成することができる。再生頻度変
更手段は、ＳＯx吸収剤の劣化が大きくなるにしたがっ
て、ＳＯx吸収剤の再生頻度を多くするように変更す
る。

【００２４】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、劣化判定手段によるＳＯx吸収剤の劣化判定は、
ＳＯx吸収剤の再生終了直後に近い時期に実行するのが
好ましい。これは次の理由による。ＳＯx吸収剤の劣化
状態が同じ場合であっても、ＳＯx吸収剤に吸収されて
いるＳＯx量が多いほどＳＯxを放出し易くなる。したが
って、ＳＯx吸収剤に吸収されているＳＯx量が同じ程度
のときにＳＯx吸収剤の劣化判定を実行する方が判定精
度が高くなり、また、ＳＯx吸収剤の再生直後は吸収さ
れているＳＯx量が極めて少ないためＳＯxは放出されに
くいはずであるから、これに近い時期にＳＯx吸収剤の
劣化判定を実行する方が、劣化を厳密に判定することが
できる。

【００２５】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置で
は、ＳＯx吸収剤とＮＯx吸収剤との間から排気通路を分
岐しＮＯx吸収剤を迂回して排気ガスを流すバイパス通
路を設け、排気ガスをＮＯx触媒とバイパス通路のいず
れか一方に選択して流す排気流れ切替手段を設け、ＳＯ
x吸収剤の再生中は排気ガスをバイパス通路に流し、Ｓ
Ｏx吸収剤を再生していないときには排気ガスをＮＯx吸
収剤に流すようにすることも可能である。このようにす
ると、ＳＯx吸収剤の再生排気をＮＯx吸収剤に流れない
ようにすることができる。ただし、このようにバイパス
通路や排気流れ切替手段を設けなくても本発明は成立す
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の一実施の形態を図１から図７の図面に基い
て説明する。

【００２７】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。

【００２８】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１３を介してエアクリーナ１４に連結
され、吸気ダクト１２内にはスロットル弁１５が配置さ
れている。

【００２９】一方、排気ポート８は排気マニホルド１６
を介してＳＯx吸収剤１７を内蔵したケーシング１８に
連結され、ケーシング１８の出口部は排気管１９を介し
て吸蔵還元型ＮＯx触媒（ＮＯx吸収剤）２０を内蔵した
ケーシング２１に連結されている。以下、吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒２０をＮＯx触媒２０と略す。このケーシング２
１は排気管２２を介して図示しないマフラーに接続され
ている。

【００３０】ケーシング２１の入口部２１ａと排気管２
２は、ＮＯx触媒２０を迂回するバイパス管２６によっ
て連結されており、バイパス管２６の分岐部であるケー
シング２１の入口部２１ａには、アクチュエータ２７に
よって弁体が作動される排気切替弁（排気流れ切替手
段）２８が設けられている。この排気切替弁２８はアク
チュエータ２７によって、図１の実線で示されるように
バイパス管２６の入口部を閉鎖し且つＮＯx触媒２０へ
の入口部を全開にするバイパス閉位置と、図１の破線で
示されるようにＮＯx触媒２０への入口部を閉鎖し且つ
バイパス管２６の入口部を全開にするバイパス開位置の
いずれか一方の位置を選択して作動せしめられる。

【００３１】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）３
４、入力ポート３５、出力ポート３６を具備する。エア
フロメータ１３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３７を介して入力ポート
３５に入力される。

【００３２】一方、ＳＯx吸収剤１７の下流の排気管１
９には、ＳＯx吸収剤１７を出た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２３と、ＳＯx吸収
剤１７を出た排気ガスのＳＯx濃度に比例した出力電圧
を発生するＳＯxセンサ（ＳＯx濃度検出手段）２４が取
り付けられており、温度センサ２３の出力電圧とＳＯx
センサ２４の出力電圧がそれぞれＡＤ変換器３８，４０
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４１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、アクチュエータ２７に接続されている。

【００３３】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ＲＯＭ３
２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。

【００３４】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、
及び１２０ｋｍ／ｈ以上の定速運転時には補正係数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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】ケーシング２１内に収容されているＮＯx
触媒２０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。機関
吸気通路およびＮＯx触媒２０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ＮＯx触
媒２０への流入排気ガスの空燃比と称する（以下、排気
空燃比と略称する）と、このＮＯx触媒２０は、排気空
燃比がリーンのときにはＮＯxを吸収し、流入排気ガス
中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出するＮ
Ｏxの吸放出作用を行う。

【００３８】なお、ＮＯx触媒２０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２
０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。

【００３９】上述のＮＯx触媒２０を機関排気通路内に
配置すればこのＮＯx触媒２０は実際にＮＯxの吸放出作
用を行うが、この吸放出作用の詳細なメカニズムについ
ては明かでない部分もある。しかしながら、この吸放出
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。次に、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。

【００４０】即ち、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Ｏ^2-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Ｏ^2-と反応
し、ＮＯ₂となる（２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂）。

【００４１】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２０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２０内に拡
散する。このようにしてＮＯxがＮＯx触媒２０内に吸収
される。

【００４２】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２０のＮＯx
吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ₂がＮＯx触媒２０内に
吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。

【００４３】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２０内の硝酸イオ
ンＮＯ ₃ ^-がＮＯ₂またはＮＯの形でＮＯx触媒２０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２０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ＮＯ
x触媒２０からＮＯxが放出されることとなる。

【００４４】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にされて排気空燃比がス
トイキまたはリッチになると、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Ｏ^2-と反応し
て酸化せしめられる。

【００４５】また、排気空燃比がストイキまたはリッチ
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２０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。

【００４６】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Ｏ^2-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Ｏ^2-が
消費されてもまだＨＣ，ＣＯが残っていれば、このＨ
Ｃ，ＣＯによってＮＯx触媒２０から放出されたＮＯxお
よびエンジンから排出されたＮＯxがＮ₂に還元せしめら
れる。

【００４７】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２０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、排気空燃比をストイキま
たはリッチにすると短時間の内にＮＯx触媒２０からＮ
Ｏxが放出されることになる。

【００４８】このように、排気空燃比がリーンになると
ＮＯxがＮＯx触媒２０に吸収され、排気空燃比をストイ
キあるいはリッチにするとＮＯxがＮＯx触媒２０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。

【００４９】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、エンジン始動時の
暖機運転時、加速時、及び１２０ｋｍ／ｈ以上の定速運
転時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２０に吸収され、全負荷運転
時及び高負荷運転時にＮＯx触媒２０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２０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。

【００５０】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「スパイク的なスト
イキまたはリッチ（以下、これをリッチスパイクとい
う）」を交互に繰り返されるように制御することを、以
下の説明ではリーン・リッチスパイク制御と称す。

【００５１】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２０は排気ガス中
のこれらＳＯxも吸収する。ＮＯx触媒２０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Ｏ^2-
の形でＮＯx触媒２０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。

【００５２】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２０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２０内に拡散し硫酸塩ＢａＳＯ₄を生成す
る。この硫酸塩ＢａＳＯ₄は安定していて分解しずら
く、流入排気ガスの空燃比をリッチにしても分解されず
にＮＯx触媒２０内に残ってしまう。したがって、時間
経過に伴いＮＯx触媒２０内のＢａＳＯ₄の生成量が増大
するとＮＯx触媒２０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。

【００５３】そこで、この実施の形態ではＮＯx吸収剤
２０にＳＯxが流入しないように、流入する排気ガスの
空燃比がリーンのときにＳＯx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ＳＯxを放出するＳ
Ｏx吸収剤１７を、ＮＯx吸収剤２０よりも上流に配置し
ているのである。このＳＯx吸収剤１７は、ＳＯx吸収剤
１７に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＳ
Ｏxと共にＮＯxも吸収するが、流入する排気ガスの空燃
比をストイキまたはリッチにし酸素濃度が低くなると吸
収したＳＯxばかりでなくＮＯxも放出する。

【００５４】前述したように、ＮＯx触媒２０ではＳＯx
が吸収されると安定した硫酸塩ＢａＳＯ₄が生成され、
その結果、ＮＯx触媒２０に流入する排気ガスの空燃比
をストイキまたはリッチにしてもＳＯxがＮＯx触媒２０
から放出されなくなる。したがって、ＳＯx吸収剤１７
に流入する排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチに
したときにＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出されるよう
にするためには、吸収したＳＯxが硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の
形でＳＯx吸収剤１７内に存在するようにするか、ある
いは、硫酸塩ＢａＳＯ₄が生成されたとしても硫酸塩Ｂ
ａＳＯ₄が安定しない状態でＳＯx吸収剤１７に存在する
ようにすることが必要となる。これを可能とするＳＯx
吸収剤１７としては、アルミナからなる担体上に銅Ｃ
ｕ、鉄Ｆｅ、マンガンＭｎ、ニッケルＮｉのような遷移
金属、ナトリウムＮａ、チタンＴｉおよびリチウムＬｉ
から選ばれた少なくとも一つを坦持したＳＯx吸収剤１
７を用いることができる。

【００５５】このＳＯx吸収剤１７では、ＳＯx吸収剤１
７に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガ
ス中のＳＯ₂がＳＯx吸収剤１７の表面で酸化されつつ硫
酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でＳＯx吸収剤１７内に吸収され、
次いでＳＯx吸収剤１７内に拡散される。この場合、Ｓ
Ｏx吸収剤１７の担体上に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、
ロジウムＲｈのうちのいずれかを坦持させておくとＳＯ
₂がＳＯ₃ ^2-の形で白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウム
Ｒｈ上に吸着し易くなり、かくしてＳＯ₂は硫酸イオン
ＳＯ₄ ^2-の形でＳＯx吸収剤１７内に吸収され易くなる。
したがって、ＳＯ₂の吸収を促進するためにはＳＯx吸収
剤１７の担体上に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウム
Ｒｈのいずれかを坦持させることが好ましい。

【００５６】このＳＯx吸収剤１７をＮＯx触媒２０の上
流に配置すると、ＳＯx吸収剤１７に流入する排気ガス
の空燃比がリーンになると排気ガス中のＳＯxがＳＯx吸
収剤１７に吸収され、したがって、下流のＮＯx触媒２
０にはＳＯxが流れ込まなくなり、ＮＯx触媒２０では排
気ガス中のＮＯxのみが吸収されることになる。

【００５７】一方、前述したようにＳＯx吸収剤１７に
吸収されたＳＯxは硫酸イオンＳＯ₄ ² ^-の形でＳＯx吸収
剤１７に拡散しているか、あるいは不安定な状態で硫酸
塩ＢａＳＯ₄となっている。したがって、ＳＯx吸収剤１
７に流入する排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチ
になって酸素濃度が低下するとＳＯx吸収剤１７に吸収
されているＳＯxがＳＯx吸収剤１７から容易に放出され
ることになる。

【００５８】ところで、ＳＯx吸収剤１７は排気ガスの
熱に晒されるため経時的に熱劣化が生じることが確認さ
れており、この熱劣化によって次のような現象が生じる
ことがわかった。その第１の現象は、ＳＯx吸収剤１７
のＳＯx放出に関する問題である。ＳＯx吸収剤１７に熱
劣化が生じていないか、熱劣化が余り進行していないと
き（換言すれば、熱劣化の程度が小さいとき）には、Ｓ
Ｏx吸収剤１７にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガ
スを短時間（例えば５秒以下）流したのではＳＯx吸収
剤１７からＳＯxは放出されない。これについては、本
出願人は、ＳＯx吸収剤１７が熱劣化していないとき
に、ＮＯx触媒２０からＮＯxを放出させるために行うリ
ーン・リッチスパイク制御のときのリッチスパイクの継
続時間ではＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出されないこ
とを確認している。

【００５９】しかしながら、ＳＯx吸収剤１７の熱劣化
が進行するにしたがって（換言すると、熱劣化の程度が
大きくなるにしたがって）、ＳＯx吸収剤１７にストイ
キまたはリッチ空燃比の排気ガスを短時間流した場合に
もＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出されるようになる。
しかも、このときにＳＯx吸収剤１７から放出されるＳ
Ｏxの量は、熱劣化の進行が進むにしたがって大きくな
る傾向がある。

【００６０】また、ＳＯx吸収剤１７の熱劣化によって
生じる第２の現象は、ＳＯx吸収容量に関する問題であ
り、ＳＯx吸収剤１７の熱劣化が進行するにしたがっ
て、ＳＯx吸収剤１７が吸収可能なＳＯx量、即ちＳＯx
吸収容量が低減していく。そのため、ＳＯx吸収剤１７
の熱劣化が進行するにしたがってＳＯx吸収剤１７の再
生時期を早め、再生頻度を多くしていかないと、ＳＯx
吸収剤１７の再生が間に合わなくなり、ＮＯx触媒２０
がＳＯx被毒する虞れがある。

【００６１】そこで、この実施の形態では、ＳＯx吸収
剤１７の再生後にリーン・リッチスパイク制御に移行し
た直後の第１回目のリッチスパイク時に、ＳＯx吸収剤
１７の出ガスのＳＯx濃度をＳＯxセンサ２４によって検
出し、検出されたＳＯx濃度に基づいてＳＯx吸収剤１７
の熱劣化の状態（程度）を判定し、その熱劣化の状態に
基づいてＳＯx吸収剤１７の再生頻度を変更するように
した。尚、この実施の形態においては、ＳＯx吸収剤１
７の再生頻度の変更は、ＳＯx吸収剤１７の再生時期か
否かを判定するときの判定基準となるＳＯx吸収容量の
設定を変更することにより実現する。

【００６２】以下、これについて詳述する。まず、ＳＯ
x吸収剤１７の再生処理について説明する。ＳＯx吸収剤
１７の再生時期は、ＥＣＵ３０が、エンジンの運転状態
の履歴からＳＯx吸収剤１７に吸収されたＳＯx量を積算
し、その積算値が予め設定しておいたＳＯx吸収容量に
達したときとする。ここで、再生時期か否かの判定基準
となるＳＯx吸収容量は、ＳＯx吸収剤１７の熱劣化の状
態に基づいて変更し得るものであり、後述する熱劣化判
定マップから適宜設定される。

【００６３】ＥＣＵ３０は、ＳＯx吸収剤１７の再生時
期であると判定すると、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxを放
出させる再生処理を実行する。ＳＯx吸収剤１７の再生
処理を実行するに際し、ＥＣＵ３０は、機関回転数Ｎと
機関負荷Ｑ／Ｎからその時の機関運転状態を判断し、ま
た、温度センサ２３で検出したその時の排気ガス温度を
ＳＯx吸収剤１７の温度として代用して、機関運転状態
とＳＯx吸収剤１７の温度に基づき燃費悪化が少なく最
も効率的にＳＯxを放出できるストイキまたはリッチ条
件および処理時間を選定し、選定した空燃比条件の排気
ガスを選定した処理時間だけＳＯx吸収剤１７に流すこ
とにより実行する。

【００６４】また、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxを放出さ
せるには、ＳＯx吸収剤１７の温度を所定温度（例え
ば、５５０゜Ｃ）以上の高温にする必要があることがわ
かっており、ＥＣＵ３０は、ＳＯx吸収剤１７の再生処
理実行中、適宜の手段によって排気ガス温度の温度制御
を行い、ＳＯx吸収剤１７の温度を前記所定温度（以
下、これをＳＯx放出温度という）以上に制御する。

【００６５】ＳＯx吸収剤１７の再生時にＳＯx吸収剤１
７から流出する排気ガス（以下、これを再生排気とい
う）にはＳＯx吸収剤１７から放出された多量のＳＯxが
含まれている。この再生排気は高温でストイキまたはリ
ッチであるため、これをＮＯx触媒２０に流しても再生
排気中のＳＯxはＮＯx触媒２０に吸収されにくく、その
まま素通りするはずであるが、ＮＯx触媒２０に全く吸
収されないという保障はない。そこで、この実施の形態
では、ＳＯx吸収剤１７の再生処理時にＳＯx吸収剤１７
から放出されたＳＯxがＮＯx触媒２０に流入するのを阻
止するために、ＳＯx吸収剤１７の再生処理時には再生
排気をバイパス管２６内に導くようにしている。

【００６６】詳述すると、排気ガス中のＮＯxをＮＯx触
媒２０で吸放出し還元浄化するために空燃比のリーン・
リッチスパイク制御を実行しているときには、排気切替
弁２８が図１において実線で示すようにバイパス閉位置
に保持され、したがって、このときにはＳＯx吸収剤１
７から流出した排気ガスはＮＯx触媒２０に流入する。
そして、排気ガス中のＳＯxはＳＯx吸収剤１７に吸収さ
れ、排気ガス中のＮＯxのみがＮＯx触媒２０で吸放出さ
れて、還元浄化されることになる。

【００６７】次いで、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxを放出
すべきとき、即ちＳＯx吸収剤１７の再生処理を実行す
るときには、空燃比制御はリーン・リッチスパイク制御
からストイキまたはリッチ制御に切り替えられ、同時に
排気切替弁２８がバイパス閉位置から図１において破線
で示すバイパス開位置に切り替えられ保持される。これ
によりＳＯx吸収剤１７から流出した再生排気はＮＯx触
媒２０内には流入せず、バイパス管２６内に流入する。
したがって、ＮＯx触媒２０が再生排気中のＳＯxによっ
てＳＯx被毒するのを確実に阻止することができる。
尚、排気ガス（再生排気）中のＳＯxは排気ガス中の未
燃ＨＣ、ＣＯによって還元せしめられ、ＳＯ₂となって
放出される。

【００６８】次いで、ＳＯx吸収剤１７の再生処理を停
止すべきときには、空燃比制御がストイキまたはリッチ
制御からリーン・リッチスパイク制御に切り替えられ、
同時に、排気切替弁２８がバイパス開位置から図１にお
いて実線で示すバイパス閉位置に切り替えられる。

【００６９】ＳＯx吸収剤１７の再生処理中には、機関
本体１から未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯxが排出される
が、ＳＯx吸収剤１７は三元活性を有しているのでこれ
ら未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯxはＳＯx吸収剤１７におい
てかなり浄化せしめられる。したがって、これら未燃Ｈ
Ｃ，ＣＯおよびＮＯxが大気中に放出される虞れがな
い。

【００７０】次に、ＳＯx吸収剤１７の熱劣化の状態の
判定手順について説明する。図５は、ＳＯx吸収剤１７
に流入する排気ガスの空燃比（以下、入ガス空燃比と称
す）と、ＳＯx吸収剤１７から流出した排気ガスのＳＯx
濃度（以下、出ガスＳＯx濃度と称す）の一例を示す図
である。

【００７１】この図において、入ガス空燃比をリーン・
リッチスパイク制御しているときにＮＯx触媒２０にお
いてＮＯxの吸放出が行われ、入ガス空燃比を高温スト
イキ制御しているときにＳＯx吸収剤１７の再生が行わ
れる。尚、この例では、リーン・リッチスパイク制御に
おいては、例えば６０ｋｍ／ｈでの定速走行でリーン運
転継続時間を４０秒、リッチスパイクとしてのストイキ
運転継続時間を２秒程度としてこれを交互に繰り返す。
一方、ＳＯx吸収剤１７の再生処理時は空燃比をストイ
キ制御とし、その継続時間はリーン・リッチスパイク制
御の時のリッチスパイク継続時間よりも十分に長い時
間、例えば約１時間としている。

【００７２】そして、ＳＯx吸収剤１７が熱劣化してい
ない場合には、入ガス空燃比をリーン・リッチスパイク
制御していてＳＯx吸収剤１７にリッチスパイクの排気
ガスが流入しても、短時間であるためＳＯx吸収剤１７
からＳＯxが放出されることがなく、ＳＯx吸収剤１７の
次回再生時期まで出ガスＳＯx濃度はほぼ零の状態が続
く。

【００７３】しかしながら、ＳＯx吸収剤１７の熱劣化
が徐々に進行してくると、入ガス空燃比をリーン・リッ
チスパイク制御していてＳＯx吸収剤１７にリッチスパ
イクの排気ガスが流入したときに、ＳＯx吸収剤１７か
らＳＯxが放出されるようになり、その結果、ＳＯxを含
む排気ガスがリッチスパイク時に同期してＳＯx吸収剤
１７から流出するようになる。

【００７４】ここで、出ガスＳＯx濃度は、ＳＯx吸収剤
１７の熱劣化が進行しているときほど高くなる傾向があ
り、また、各リッチスパイク時における出ガスＳＯx濃
度のピーク値は、リッチスパイクの回数が増えるにした
がって徐々に高くなる傾向がある。そこで、この実施の
形態では、ＳＯx吸収剤１７を再生した直後の第１回目
のリッチスパイク時にＳＯxセンサ２４によって検出し
た出ガスＳＯx濃度のピーク値からＳＯx吸収剤１７の熱
劣化の状態（熱劣化の程度）を判定することにした。

【００７５】ＳＯx吸収剤１７の熱劣化の状態を判定す
る時期を「ＳＯx吸収剤１７を再生した直後の第１回目
のリッチスパイク時」とした理由は次の通りである。Ｓ
Ｏx吸収剤１７の再生直後は、ＳＯx吸収剤１７に吸収さ
れているＳＯx量が極めて少なく、ＳＯxは放出されにく
いはずである。したがって、ＳＯx吸収剤１７の熱劣化
を厳密に判定するには再生直後が一番最適であり、毎回
同じ時期に熱劣化の状態を判定するのが判定精度を向上
させることになる。

【００７６】ただし、ＳＯx吸収剤１７の熱劣化の状態
を判定する時期については、ＳＯx吸収剤１７の再生終
了直後に近い時期が好ましいということであって、必ず
しも「ＳＯx吸収剤１７を再生した直後の第１回目のリ
ッチスパイク時」に限定されるものではない。したがっ
て、例えば、判定時期を「ＳＯx吸収剤１７を再生した
直後から数えて第ｎ回目のリッチスパイク時（ｎは自然
数）」とすることも可能である。また、ＳＯx吸収剤１
７を再生した直後から数えて第ｎ回目〜第（ｎ＋α）回
目のリッチスパイク時の出ガスＳＯx濃度のピーク値を
平均し、その平均値に基づいて熱劣化の状態を判定する
ことも可能である。

【００７７】前述のようにして求めた出ガスＳＯx濃度
のピーク値に基づいて、ＥＣＵ３０は、予めＲＯＭ３２
に記憶されている熱劣化判定マップを参照して、ＳＯx
吸収剤１７の熱劣化の状態を判定する。

【００７８】図６は、熱劣化判定マップの一例を示して
おり、この例では、ピーク値ｄpが０≦ｄp＜ｄ1のとき
には熱劣化の状態がレベル１（Ｌ1）であると判定し、
ピーク値ｄpがｄ1≦ｄp＜ｄ2のときには熱劣化の状態が
レベル２（Ｌ2）であると判定し、ピーク値ｄpがｄ2≦
ｄp＜ｄ3のときには熱劣化の状態がレベル３（Ｌ3）で
あると判定し、ピーク値ｄpがｄp≧ｄ3のときには熱劣
化の状態がレベル４（Ｌ4）であると判定する。尚、こ
こで、ピーク値ｄは、ｄ1＜ｄ2＜ｄ3＜ｄ4である。

【００７９】そして、予め、熱劣化のレベル毎に、ＳＯ
x吸収剤１７の再生時期に達したか否かの判定基準とな
るＳＯx吸収容量Ｃを設定しておく。この例では、レベ
ル１（Ｌ1）のＳＯx吸収容量はＣ1、レベル２（Ｌ2）の
ＳＯx吸収容量はＣ2、レベル３（Ｌ3）のＳＯx吸収容量
はＣ3、レベル４（Ｌ4）のＳＯx吸収容量はＣ4になって
いる。尚、ここで、ＳＯx吸収容量Ｃは、Ｃ1＞Ｃ2＞Ｃ3
＞Ｃ4であり、熱劣化のレベルＬが上がるにしたがっ
て、ＳＯx吸収容量Ｃは小さく設定されている。

【００８０】そして、今回のＳＯx吸収剤再生後に判定
された熱劣化のレベルと前回のＳＯx吸収剤再生後に判
定された熱劣化のレベルとを比較してレベルが変わった
か否かを判定し、熱劣化のレベルが変わっていないとき
にはＳＯx吸収容量を変更せず、熱劣化のレベルが変わ
ったときには、今回判定された熱劣化のレベルに対応し
たＳＯx吸収容量に変更する。即ち、熱劣化のレベルＬ
が上がったときにはＳＯx吸収容量を小さくする。

【００８１】なお、リッチスパイクの排気ガスがＳＯx
吸収剤１７に流入したときにＳＯx吸収剤１７から放出
されるＳＯx量はＳＯx吸収剤１７の温度とも関係があ
り、ＳＯx吸収剤１７の温度が高い時の方がＳＯxが放出
され易いことがわかっている。そこで、ＳＯx吸収剤１
７の温度によって熱劣化のレベル判定に誤差が生じない
ようにするために、ＳＯx吸収剤１７の温度を所定の温
度域に分割し、予め各温度域ごとに図６に相当する熱劣
化判定マップを作成しＲＯＭ３２に記憶させておく。

【００８２】この場合、ＳＯx吸収容量Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，
Ｃ4についてはどの熱劣化判定マップでも同じ値とし、
熱劣化のレベルを決定するしきい値であるピーク値ｄ
1，ｄ2，ｄ3，ｄ4の値だけを各温度域の熱劣化判定マッ
プ毎に相違させるようにする。例えば、４５０゜Ｃを含
む温度域の熱劣化判定マップにおけるｄ2を１ppmとし、
５５０゜Ｃを含む温度域の熱劣化判定マップにおけるｄ
2を２ppmとし、７００゜Ｃを含む温度域の熱劣化判定マ
ップにおけるｄ2を５ppmとする如くである。

【００８３】次に、図７を参照して、この実施の形態に
おけるＳＯx吸収剤再生処理実行ルーチンを説明する。
この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に記憶してあり、フロー
チャートの各ステップにおける処理は総てＥＣＵ３０の
ＣＰＵ３４によって実行される。なお、この再生処理実
行ルーチンは所定時間毎に実行される。

【００８４】＜ステップ１０１＞まず、ＥＣＵ３０は、
ステップ１０１において、現在のエンジン１の運転状態
からＳＯx吸収剤１７に吸収されるＳＯx量を算出し、Ｓ
Ｏx吸収剤再生処理後から現在までにＳＯx吸収剤１７に
吸収されたＳＯx吸収量を積算する。

【００８５】＜ステップ１０２＞次に、ＥＣＵ３０は、
ステップ１０２に進み、ＳＯx吸収剤１７の再生時期か
否かを判定する。即ち、ステップ１０２で算出したＳＯ
x吸収量が判定基準であるＳＯx吸収容量に達している場
合には、ＥＣＵ３０は、ＳＯx吸収剤１７の再生時期で
あると判定してステップ１０３に進み、ステップ１０１
で算出したＳＯx吸収量がＳＯx吸収容量に達していない
場合には再生時期ではないと判定してリターンに進む。

【００８６】＜ステップ１０３＞ステップ１０３におい
て、ＥＣＵ３０は、ＳＯx吸収剤再生制御を実行する。
即ち、ＥＣＵ３０は、排気ガス温度がＳＯx放出温度以
上になるように温度制御を実行し、排気ガスの空燃比が
所定のストイキまたはリッチ条件となるように空燃比制
御を実行し、再生排気がバイパス管２６に流れるように
排気切替弁２８の切り替え制御を実行する。

【００８７】そして、ＥＣＵ３０は、ＳＯx吸収剤再生
制御を所定時間実行したときにＳＯx吸収剤再生制御を
終了して、排気ガスの空燃比制御をリーン・リッチスパ
イク制御に移行するとともに、排気ガスがＮＯx触媒２
０に流れるように排気切替弁２８を切り替えて、ステッ
プ１０４に進む。

【００８８】＜ステップ１０４＞ＥＣＵ３０は、ステッ
プ１０４において、ＳＯxセンサ２４によってＳＯx吸収
剤再生直後の第１回目のリッチスパイク時の出ガスＳＯ
x濃度のピーク値を検出するとともに、温度センサ２３
によってＳＯx吸収剤温度を検出する。

【００８９】＜ステップ１０５＞次に、ＥＣＵ３０は、
ステップ１０５に進み、ＳＯx吸収剤１７の再生時期か
否かの判定基準となるＳＯx吸収容量を変更する必要が
あるか否かを判定する。詳述すると、ＥＣＵ３０は、ス
テップ１０４で検出したＳＯx吸収剤温度に該当する温
度域の熱劣化判定マップを参照して、ステップ１０４で
検出した出ガスＳＯx濃度のピーク値に基づいて、現在
のＳＯx吸収剤１７の熱劣化の状態がどのレベルにある
かを判定する。さらに、現在のＳＯx吸収剤１７の熱劣
化のレベルが、前回のＳＯx吸収剤再生後に判定した熱
劣化のレベルと変わっているか否かを判定する。

【００９０】そして、今回と前回で熱劣化のレベルが変
わっていない場合には、ステップ１０５において、ＳＯ
x吸収容量を変更する必要なしと判定してリターンに進
む。

【００９１】＜ステップ１０６＞一方、今回判定された
熱劣化のレベルが前回判定された熱劣化のレベルと変わ
っている場合には、ＳＯx吸収容量を変更する必要があ
ると判定してステップ１０６に進み、ＥＣＵ３０は、Ｓ
Ｏx吸収容量を今回判定された熱劣化のレベルに対応す
るＳＯx吸収容量に変更してリターンに進む。即ち、熱
劣化のレベルが上がったときにはＳＯx吸収容量を小さ
くする。その結果、次回本ルーチンを実行するときに
は、ステップ１０２において変更後のＳＯx吸収容量を
判定基準としてＳＯx吸収剤１７の再生時期か否かが判
定されることになる。これにより、ＳＯx吸収剤１７の
熱劣化の状態が進行したときには、ＳＯx吸収剤１７の
再生頻度が多くなることになる。

【００９２】こ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１０５を実行する部分
は、ＳＯx吸収剤１７の劣化の状態を判定する劣化判定
手段ということができ、ステップ１０６を実行する部分
は、ＳＯx吸収剤１７の再生頻度を変更する再生頻度変
更手段ということができる。

【００９３】このように、この実施の形態によれば、Ｓ
Ｏx吸収剤１７の熱劣化の状態に応じてＳＯx吸収剤１７
の再生頻度を変更するので、ＳＯx吸収剤１７の再生が
適正な時期に実行されるようになり、ＮＯx触媒２０が
ＳＯx被毒するのを確実に阻止することができる。その
結果、ＮＯx触媒２０のＮＯx浄化率を常に高い状態に維
持することができる。

【００９４】〔他の実施の形態〕前述した実施の形態で
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ＳＯx吸収剤１７お
よびＮＯx触媒２０に流入する排気ガスの空燃比は非常
にリーンであり、ＳＯxおよびＮＯxの吸収は行われるも
のの、ＳＯxおよびＮＯxの放出が行われることは殆どな
い。

【００９５】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ＳＯx吸収剤１７およびＮＯx
触媒２０に流入する排気ガスの空燃比をストイキあるい
はリッチにし、ＳＯx吸収剤１７やＮＯx触媒２０に吸収
されているＳＯxやＮＯx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。

【００９６】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、流入する排気ガスの空燃比をストイキ
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、ＳＯx吸収剤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。

【００９７】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ストイキまたはリッチにするこ
とが可能である。

【００９８】

【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配
置され流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯ
xを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸
収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤と、（ロ）前記ＳＯ
x吸収剤よりも下流の前記排気通路に配置され流入する
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吸収剤と、（ハ）前記ＮＯx吸収剤におけ
るＮＯxの吸収・放出を制御すべく排気ガスの空燃比を
制御する排気空燃比制御手段と、（ニ）前記ＳＯx吸収
剤からＳＯxを放出させてＳＯx吸収剤を再生させるべく
排気ガスの酸素濃度を低減する再生手段と、（ホ）前記
排気空燃比制御手段により排気ガスの空燃比をストイキ
またはリッチに制御したときの前記ＳＯx吸収剤の下流
における排気ガスのＳＯx濃度を検出するＳＯx濃度検出
手段と、（ヘ）前記ＳＯx濃度検出手段で検出した排気
ガスのＳＯx濃度に基づいて前記ＳＯx吸収剤の劣化の状
態を判定する劣化判定手段と、（ト）前記劣化判定手段
により判定されたＳＯx吸収剤の劣化の状態に応じて前
記再生手段によるＳＯx吸収剤の再生頻度を変更する再
生頻度変更手段と、を備えることにより、ＳＯx吸収剤
の再生を適正な時期に実行することができるようにな
り、その結果、ＮＯx吸収剤がＳＯx被毒するのを確実に
防止することができるという優れた効果が奏される。

【００９９】また、本発明に係る前記内燃機関の排気浄
化装置において、前記劣化判定手段によるＳＯx吸収剤
の劣化判定を、ＳＯx吸収剤の再生終了直後に近い時期
に実行するようにした場合には、ＳＯx吸収剤の劣化状
態の判定精度を高めることができるという効果がある。

【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一実
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】前記実施の形態におけるＳＯx吸収剤出ガス
ＳＯx濃度の変化の一例を示す図である。

【図６】前記実施の形態における熱劣化判定マップの
一例を示す図である。

【図７】前記実施の形態のＳＯx吸収剤再生処理実行
ルーチンである。

【符号の説明】

１機関本体（内燃機関）３燃焼室４点火栓１１燃料噴射弁１６，２２排気管（排気通路）１７ＳＯx吸収剤２０吸蔵還元型ＮＯx触媒（ＮＯx吸収剤）２３温度センサ２４ＳＯxセンサ（ＳＯx濃度検出手段）２６バイパス管２８排気切替弁３０ＥＣＵ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 41/14 ３３０Ｆ０２Ｄ 41/14 ３３０Ｚ (56)参考文献特開平６−336914（ＪＰ，Ａ) 特開平７−208151（ＪＰ，Ａ) 特開平８−261041（ＪＰ，Ａ) 特許2605580（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/36 F02D 41/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通
路に配置され流入する排気ガスの空燃比がリーンのとき
にＳＯx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ＳＯxを放出するＳＯx吸収剤と、（ロ）前
記ＳＯx吸収剤よりも下流の前記排気通路に配置され流
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Ｎ
Ｏxを放出するＮＯx吸収剤と、（ハ）前記ＮＯx吸収剤
におけるＮＯxの吸収・放出を制御すべく排気ガスの空
燃比を制御する排気空燃比制御手段と、（ニ）前記ＳＯ
x吸収剤からＳＯxを放出させてＳＯx吸収剤を再生させ
るべく排気ガスの酸素濃度を低減する再生手段と、を備
える内燃機関の排気浄化装置において、（ホ）前記排気空燃比制御手段により排気ガスの空燃比
をストイキまたはリッチに制御したときの前記ＳＯx吸
収剤の下流における排気ガスのＳＯx濃度を検出するＳ
Ｏx濃度検出手段と、（ヘ）前記ＳＯx濃度検出手段で検
出した排気ガスのＳＯx濃度に基づいて前記ＳＯx吸収剤
の劣化の状態を判定する劣化判定手段と、（ト）前記劣
化判定手段により判定されたＳＯx吸収剤の劣化の状態
に応じて前記再生手段によるＳＯx吸収剤の再生頻度を
変更する再生頻度変更手段と、を備えることを特徴とす
る内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記劣化判定手段によるＳＯx吸収剤の
劣化判定は、ＳＯx吸収剤の再生終了直後に近い時期に
実行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。