圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置
【課題】圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置において、フィルタ及びＳＯXトラップ触媒の昇温に用いられる燃料を減少させて燃費の悪化を抑制する。
【解決手段】ＳＯXトラップ触媒１３は、ＳＯXトラップ触媒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ＳＯXを捕獲し、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯXトラップ触媒の温度を回復開始温度以上に上昇させると、捕獲したＳＯXがＳＯXトラップ触媒の内部に拡散してＳＯXトラップ触媒のＳＯXトラップ能力が回復する性質を有する。ＳＯXトラップ触媒のＳＯXトラップ能力を回復させるべくＳＯXトラップ触媒を昇温させるＳＯXトラップ回復処理と、パティキュレートフィルタ１７の粒子状物質捕集能力を回復させるべくパティキュレートフィルタを昇温させるフィルタ再生処理とを実行可能である。ＳＯX回復処理はフィルタ再生処理の実行時に行われる。
【解決手段】ＳＯXトラップ触媒１３は、ＳＯXトラップ触媒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ＳＯXを捕獲し、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯXトラップ触媒の温度を回復開始温度以上に上昇させると、捕獲したＳＯXがＳＯXトラップ触媒の内部に拡散してＳＯXトラップ触媒のＳＯXトラップ能力が回復する性質を有する。ＳＯXトラップ触媒のＳＯXトラップ能力を回復させるべくＳＯXトラップ触媒を昇温させるＳＯXトラップ回復処理と、パティキュレートフィルタ１７の粒子状物質捕集能力を回復させるべくパティキュレートフィルタを昇温させるフィルタ再生処理とを実行可能である。ＳＯX回復処理はフィルタ再生処理の実行時に行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＯX吸蔵能力を有するＮＯX吸蔵触媒は、流入する排気ガス中にＳＯXが含まれていると、そのＳＯXを吸蔵し、これに伴ってＮＯX吸蔵触媒のＮＯX吸蔵能力が低下することが知られている。そこで、ＮＯX吸蔵触媒にＳＯXが流入するのを防止すべく、ＮＯX吸蔵触媒上流の機関排気通路内にＳＯXトラップ触媒を配置した内燃機関が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特に、ＳＯXトラップ触媒は、ＳＯXトラップ触媒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ＳＯXを捕獲し、排気ガスの空燃比がリーンのものでＳＯXトラップ触媒の温度が上昇すると捕獲したＳＯXが次第にＳＯXトラップ触媒の内部に拡散していく性質を有する。このため、ＳＯXトラップ触媒の表面にＳＯXが捕獲されてＳＯXトラップ触媒によるＳＯX捕獲能力が低下しても、ＳＯXトラップ触媒の温度を上昇させてＳＯXをＳＯXトラップ触媒の内部に拡散させることで、ＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲能力を回復させることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３３６１０号公報
【特許文献２】特開２００３−３２８７２７号公報
【特許文献３】特開２００６−１８８９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、圧縮自着火式内燃機関から排出される排気ガス中にはＮＯXやＳＯXの他に粒子状物質が含まれる。この粒子状物質を捕集するために、圧縮自着火式内燃機関の機関排気通路内にはパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」という）が設けられる。しかしながら、フィルタでは、粒子状物質の堆積量が増加すると、フィルタが目詰まりし、排気ガスの流れに対する抵抗が大きくなってしまう。このため、一般に、フィルタへの粒子状物質の堆積量が増大すると、フィルタを昇温させるようにしている。これにより、フィルタに堆積している粒子状物質が酸化除去され、排気ガスの流れに対する抵抗が低く維持されるようになる。
【０００６】
ここで、フィルタに堆積している粒子状物質を酸化除去すべくフィルタを昇温させる場合も、ＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲能力を回復させるべくＳＯXトラップ触媒を昇温させる場合も、昇温のために直接的に又は間接的に燃料が消費されることになる。したがって、フィルタの昇温とＳＯXトラップ触媒の昇温をそれぞれ異なるタイミングで実行すると、燃費の悪化を招いてしまう。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置において、フィルタ及びＳＯXトラップ触媒の昇温に用いられる燃料を減少させて燃費の悪化を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、第１の発明では、機関排気通路内に配置されると共に排気ガス中に含まれるＳＯXを捕獲するＳＯXトラップ触媒と、該ＳＯXトラップ触媒の排気下流側に配置されると共に排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタとを具備し、上記ＳＯXトラップ触媒は、ＳＯXトラップ触媒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ＳＯXを捕獲し、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯXトラップ触媒の温度を回復開始温度以上に上昇させると、捕獲したＳＯXがＳＯXトラップ触媒の内部に拡散してＳＯXトラップ触媒のＳＯXトラップ能力が回復する性質を有し、ＳＯXトラップ触媒のＳＯXトラップ能力を回復させるべくＳＯXトラップ触媒の温度を回復開始温度以上にまで上昇させるＳＯXトラップ回復処理と、パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集能力を回復させるべくパティキュレートフィルタを昇温してパティキュレートフィルタ上に堆積した粒子状物質を酸化除去するフィルタ再生処理とを実行可能であり、ＳＯX回復処理はフィルタ再生処理の実行時に行うようにした、圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置が提供される。
第１の発明によれば、ＳＯX回復処理はフィルタ再生処理と同時に行われる。これにより、ＳＯX回復処理においてＳＯXトラップ触媒を昇温するのに用いられた熱がパティキュレートフィルタにも流入する。このため、フィルタ再生処理を行うべくパティキュレートフィルタを昇温するのに用いられる燃料量が減少せしめられる。
【０００９】
第２の発明では、第１の発明において、上記パティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量を推定する粒子状物質堆積量推定手段と、上記ＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲量を推定するＳＯX捕獲量推定手段とを具備し、上記フィルタ再生処理はパティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量が許容量を越えたときに実行され、上記ＳＯXトラップ回復処理はＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲量が予め定められた量以上であって上記フィルタ再生処理が実行されているときに行われ、ＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲量が予め定められた量以上であっても上記フィルタ再生処理が実行されていないときには行われない。
【００１０】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、上記ＳＯXトラップ回復処理とフィルタ再生処理とが同時に行われた後にＳＯXトラップ回復処理が先に終了した場合には、ＳＯXトラップ触媒の昇温を停止して下流側燃料添加装置のみから燃料添加を行う。
【００１１】
第４の発明では、第１又は第２の発明において、上記ＳＯXトラップ回復処理とフィルタ再生処理とが同時に行われた後にＳＯXトラップ回復処理が先に終了した場合には、フィルタ再生処理が終了するまでＳＯXトラップ触媒の昇温を維持する。
【００１２】
第５の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、上記ＳＯXトラップ触媒は、ＳＯXトラップ触媒の温度が上記回復開始温度よりも高いＳＯX放出限界温度よりも高くなると、捕獲したＳＯXを放出する性質を有し、上記ＳＯXトラップ回復処理を行うときには、ＳＯXトラップ触媒の昇温目標温度が上記ＳＯX放出限界温度とほぼ同一の上限温度とされる。
【００１３】
第６の発明では、第５の発明において、上記上限温度は、ＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲量が増大すると低下せしめられる。
【００１４】
第７の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、上記ＳＯXトラップ回復処理を行うときには、ＳＯXトラップ触媒を構成する物質の蒸散開始温度以下の温度まで上昇せしめられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＳＯX回復処理がフィルタ再生処理と同時に行われることにより、パティキュレートフィルタを昇温するのに用いられる燃料量が減少せしめられるため、燃費の悪化が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１７】
図１に圧縮自着火式内燃機関の全体図を示す。図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口はエアクリーナ８に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁９が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１０が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置１０内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００１８】
一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は上流側触媒コンバータ１１の入口に連結される。上流側触媒コンバータ１１内には、上流側に酸化触媒１２、下流側にＳＯXトラップ触媒１３が配置される。上流側触媒コンバータ１１の出口は排気管１４を介して下流側触媒コンバータ１５に連結される。下流側触媒コンバータ内には、上流側にＮＯX吸蔵触媒１６、下流側にパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」という）１７が配置される。排気管１４には排気管１４内を流れる排気ガス中に例えば燃料を供給するための燃料供給装置１８が取り付けられる。
【００１９】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２０を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２０内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２１が配置される。また、ＥＧＲ通路２０周りにはＥＧＲ通路２０内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２２が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置２２内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管２３を介してコモンレール２４に連結される。このコモンレール２４内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２５から燃料が供給され、コモンレール２４内に供給された燃料は各燃料供給管２３を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００２０】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続された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（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。
【００２１】
ＳＯXトラップ触媒１３にはＳＯXトラップ触媒１３の温度を検出するための温度センサ４３が取付けられ、フィルタ１７にはフィルタ１７の温度を検出するための温度センサ４４が取付けられる。これら温度センサ４３、４４の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、フィルタ１７にはフィルタ１７の前後差圧を検出するための差圧センサ４５が取付けられており、この差圧センサ４５の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁９駆動用ステップモータ、燃料供給装置１８、ＥＧＲ制御弁２１および燃料ポンプ２５に接続される。
【００２２】
図２に圧縮自着火式内燃機関の別の実施形態を示す。この実施形態では排気管１４に取付けられた燃料供給装置（以下、「下流側燃料供給装置」という）１８に加えて、排気マニホルド５の例えば１番気筒のマニホルド枝管５ａ内に例えば燃料を供給するための燃料供給装置（以下、「上流側燃料供給装置」という）２６が設けられている。
【００２３】
なお、上記実施形態では、機関排気通路内に、酸化触媒１２、ＳＯXトラップ触媒１３、ＮＯX吸蔵触媒１６、フィルタ１７の順で排気浄化要素が並んでいるが、必ずしもこの順序である必要はない。すなわち、ＳＯXトラップ触媒、ＮＯX吸蔵触媒、フィルタがこの順で或いはＳＯXトラップ触媒、フィルタ、ＮＯX吸蔵触媒の順で配置されていれば排気浄化要素を如何なる順序で並べても良い。例えば、上流側から、ＳＯXトラップ触媒、ＮＯX吸蔵触媒、酸化触媒、フィルタの順に並べてもよい。また、図３に示したように、フィルタの代わりにＮＯX吸蔵能力を有するフィルタ１７’を用いてもよい。この場合、機関排気通路内にＮＯX吸蔵触媒を設けなくてもよい。
【００２４】
まず初めに、図１及び図２に示されるフィルタ１７について説明する。図４（Ａ）および（Ｂ）はフィルタ１７の構造を示している。なお、図４（Ａ）はフィルタ１７の正面図を示しており、図４（Ｂ）はフィルタ１７の側面断面図を示している。図４（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにフィルタ１７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流通路６０、６１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓６２により閉塞された排気ガス流入通路６０と、上流端が栓６３により閉塞された排気ガス流出通路６１とにより構成される。なお、図４（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓６３を示している。従って排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は薄肉の隔壁６４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は各排気ガス流入通路６０が４つの排気ガス流出通路６１によって包囲され、各排気ガス流出通路６１が４つの排気ガス流入通路６０によって包囲されるように配置される。
【００２５】
フィルタ１７は例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは図４（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出する。このように排気ガスが隔壁６４内を通って流れる間に、排気ガス中に含まれる粒子状物質がフィルタ１７に捕集されることになる。
【００２６】
次に、図１及び図２に示されるＮＯX吸蔵触媒１６について簡単に説明する。これらＮＯX吸蔵触媒１６では、三次元網目構造のモノリス担体或いはペレット状担体上に例えばアルミナからなる担体層が設けられ、この担体層の表面上には貴金属触媒が分散して担持されており、更に担体層の表面上にはＮＯX吸蔵剤の層が形成されている。
【００２７】
本実施形態では貴金属触媒として白金Ｐｔが用いられ、ＮＯX吸蔵剤を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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が用いられる。
【００２８】
機関吸気通路、燃焼室２およびＮＯX吸蔵触媒１６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）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯX吸蔵触媒１６は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯXを吸蔵し、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。圧縮自着火式内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が行われるため、機関本体１から排出された排気ガスはＮＯX吸蔵触媒１６に吸蔵されることになる。しかしながら、リーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われると、その間にＮＯX吸蔵触媒１６のＮＯX吸蔵能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯX吸蔵触媒１６によりＮＯXを吸蔵することができなくなってしまう。そこで、本実施形態では、ＮＯX吸蔵触媒１６のＮＯX吸蔵能力が飽和する前に、例えば燃料供給装置１８から燃料を供給することによってＮＯX吸蔵触媒１６に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯX吸蔵触媒１６からＮＯXを放出させるようにしている。
【００２９】
ところで排気ガス中にはＳＯXが含まれており、このＳＯXがＮＯX吸蔵触媒１６に流入するとＮＯX吸蔵触媒１６のＮＯX吸蔵能力が低下してしまう。すなわち、ＮＯX吸蔵触媒１６は排気ガス中のＮＯXのみならずＳＯXをも吸蔵可能であり、しかもＮＯX吸蔵触媒１６に吸蔵されたＳＯXは放出されにくい。一般に、ＮＯX吸蔵触媒１６に吸蔵されたＳＯXを放出するためには、ＮＯX吸蔵触媒１６に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすると共にＮＯX吸蔵触媒１６の温度を高温にする必要がある。このため、ＮＯX吸蔵触媒１６からＳＯXを放出させようとすると、ＮＯX吸蔵触媒１６を高温にするために多量の燃料が必要になってしまう。また、ＮＯX吸収触媒１６から放出されたＳＯXは大気中に排出されることになり、このことも好ましいことではない。
【００３０】
そこで本発明ではＮＯX吸蔵触媒１６の上流にＳＯXトラップ触媒１３を配置してこのＳＯXトラップ触媒１３により排気ガス中に含まれるＳＯXを捕獲し、それによってＮＯX吸蔵触媒１６にＳＯXが流入しないようにしている。次にこのＳＯXトラップ触媒１３について説明する。
【００３１】
このＳＯXトラップ触媒１３は例えばハニカム構造のモノリス触媒からなり、ＳＯXトラップ触媒１３の軸線方向にまっすぐに延びる多数の排気ガス流通孔を有する。このようにＳＯXトラップ触媒１３をハニカム構造のモノリス触媒から形成した場合には、各排気ガス流通孔の内周壁面上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図５はこの触媒担体５０の表面部分の断面を図解的に示している。図５に示されるように触媒担体５０の表面上にはコート層５１が形成されており、このコート層５１の表面上には貴金属触媒５２が分散して担持されている。
【００３２】
本実施形態では貴金属触媒５２として白金が用いられており、コート層５１を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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が用いられている。すなわち、ＳＯXトラップ触媒１３のコート層５１は強塩基性を呈している。なお、ＳＯXトラップ触媒１３には必ずしも貴金属触媒５２が担持されていなくてもよい。
【００３３】
さて、排気ガス中に含まれるＳＯX、すなわちＳＯ2は図５に示されるように白金Ｐｔ５２において酸化され、次いでコート層５１内に捕獲される。すなわち、ＳＯ2は硫酸イオンＳＯ42-の形でコート層５１内に拡散し、硫酸塩を形成する。なお、上述したようにコート層５１は強塩基性を呈しており、従って図５に示されるように排気ガス中に含まれるＳＯ2の一部は直接コート層５１内に捕獲される。
【００３４】
図５においてコート層５１内における濃淡は捕獲されたＳＯXの濃度を示している。図５からわかるようにコート層５１内におけるＳＯX濃度はコート層５１の表面近傍が最も高く、奥部に行くに従って次第に低くなっていく。コート層５１の表面近傍におけるＳＯX濃度が高くなるとコート層５１の表面の塩基性が弱まり、ＳＯXの捕獲能力が弱まる。ここで排気ガス中に含まれるＳＯXのうちでＳＯXトラップ触媒１３に捕獲されるＳＯXの割合をＳＯXトラップ率と称すると、コート層５１の表面の塩基性が弱まればそれに伴ってＳＯXトラップ率が低下することになる。
【００３５】
図６にＳＯXトラップ率の時間的変化を示す。図６に示されるようにＳＯXトラップ率は初めは１００パーセントに近いが時間が経過すると急速に低下する。そこで本発明では図７に示されるようにＳＯXトラップ率が予め定められた率よりも低下したときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯXトラップ触媒１３の温度を上昇させる昇温制御を行い、それによってＳＯXトラップ率を回復させるようにしている（ＳＯXトラップ回復処理）。
【００３６】
すなわち、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯXトラップ触媒１３の温度を回復開始温度（例えば、コート層５１を構成する成分の融点）以上にまで上昇させるとコート層５１内の表面近傍に集中的に存在するＳＯXはコート層５１内におけるＳＯX濃度が均一となるようにコート層５１の奥部に向けて拡散していく。すなわち、コート層５１内に生成されている硝酸塩はコート層５１の表面近傍に集中している不安定な状態からコート層５１内の全体に亘って均一に分散した安定した状態に変化する。コート層５１内の表面近傍に存在するＳＯXがコート層５１の奥部に向けて拡散するとコート層５１の表面近傍のＳＯX濃度が低下し、斯くしてＳＯXトラップ触媒１３の昇温制御（回復制御）が完了すると図７に示されるようにＳＯXトラップ率（ＳＯXトラップ能力）が回復する。
【００３７】
本発明では基本的には車両を購入してから廃車するまでＳＯXトラップ触媒１３を交換することなくそのまま使用することを考えている。近年では特に燃料内に含まれるイオウの量が減少せしめられており、従ってＳＯXトラップ触媒１３の容量を或る程度大きくすればＳＯXトラップ触媒１３を交換することなく廃車するまでそのまま使用することができる。例えば車両の耐用走行距離を５０万kmとするとＳＯXトラップ触媒１３の容量は、走行距離が２５万km程度までＳＯXトラップ触媒１３の回復制御をすることなく高いＳＯXトラップ率でもってＳＯXを捕獲し続けることのできる容量とされる。この場合、最初の回復制御は走行距離が２５万km程度で行われる。
【００３８】
なお、ＳＯXトラップ触媒１３の温度を上昇させるには、様々な方法を用いることができる。例えば、燃料噴射弁３からの噴射時期を圧縮上死点以降にまで遅角させることが挙げられる。これにより、燃焼室２内での後燃え期間が長くなり、よって機関本体１から排出される排気ガスの温度が上昇する。或いは、燃料噴射弁３からの燃料噴射を行うにあたって、圧縮上死点付近で行われる主噴射に加え、主噴射の前にパイロット噴射を行うことが挙げられる。これにより、追加的な噴射により燃料噴射総量が増大したり、後燃えしたりするため、排気ガスの温度が上昇する。このように機関本体１から排出される排気ガスの温度が上昇すると、これに伴ってＳＯXトラップ触媒１３の温度も上昇せしめられる。
【００３９】
さらに、燃料噴射弁３からの燃料噴射を行うにあたって、圧縮上死点付近で行われる主噴射に加え、主噴射の後にポスト噴射を行うことが挙げられる。この場合、ポスト噴射で噴射された大部分の燃料は燃焼することなく未燃ＨＣの形で排気通路内に排出され、ＳＯXトラップ触媒１３に流入する。或いは、図２に示される内燃機関では燃料供給装置２６から燃料を供給することが挙げられる。この場合も、燃料供給装置２６から供給された燃料は未燃ＨＣの形でＳＯXトラップ触媒１３に流入する。このようにＳＯXトラップ触媒１３に流入した未燃ＨＣはＳＯXトラップ触媒１３において過剰酸素により酸化され、このとき発生する酸化反応熱によってＳＯXトラップ触媒１３の温度が上昇せしめられる。以下の説明では、ＳＯXトラップ触媒１３の昇温を燃料供給装置２６からの燃料供給によって行う場合を例にとって説明する。
【００４０】
一方、上述したように排気ガス中に含まれる粒子状物質はフィルタ１７に捕集されるが、フィルタ１７は無限に粒子状物質を捕集することができるわけではない。フィルタ１７に捕集された粒子状物質はフィルタ１７上に次第に堆積していき、この粒子状物質の堆積量が増大すると、フィルタ１７に目詰まりが生じ、排気ガスの流れに対する抵抗が大きくなってしまう。その結果、機関出力の低下を招いてしまう。
【００４１】
従って、粒子状物質の堆積量が増大したときには、堆積した粒子状物質を除去しなければならない。この場合、空気過剰のもとでフィルタ１７の温度を粒子状物質燃焼開始温度（例えば６００℃程度）にまで上昇させると、堆積した粒子状物質が酸化され、除去される。
【００４２】
そこで、本実施形態では、フィルタ１７上に堆積した粒子状物質の量が許容量を超えたときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでフィルタ１７の温度を粒子状物質燃焼開始温度以上にまで上昇させ、それによって堆積した粒子状物質を酸化除去するようにしている（フィルタ１７の再生処理）。
【００４３】
なお、フィルタ１７の温度を上昇させる場合、本実施形態では、燃料供給装置１８から排気ガス中に燃料が供給される。燃料供給装置１８から供給された燃料は未燃ＨＣの形でフィルタ１７に流入する。フィルタ１７に流入した未燃ＨＣはフィルタ１７において過剰酸素により酸化され、このとき発生する酸化反応熱によってフィルタ１７の温度が上昇せしめられる。
【００４４】
ところで、上述したようにＳＯXトラップ触媒１３の回復処理はＳＯXトラップ率が予め定められた率よりも低下したときに行われ、一方、フィルタ１７の再生処理はフィルタ１７上に堆積した粒子状物質の量が許容量を超えたときに行われる。このため、通常、これら処理は別々のタイミングで行われることになる。
【００４５】
ところが、これらいずれの処理においてもフィルタ１７又はＳＯXトラップ触媒１３の温度を上昇させることが必要であり、温度を上昇させるにあたっては燃料が消費されることになる。
【００４６】
ここで、ＳＯXトラップ触媒１３の温度を上昇させた場合にはＳＯXトラップ触媒１３から排出される排気ガスの温度が上昇せしめられることになるため、ＳＯXトラップ触媒１３の排気下流側に配置されたフィルタ１７の温度も上昇せしめられる。この場合、ＳＯXトラップ触媒１３からフィルタ１７まで排気ガスが流れる間に排気ガスの温度が低下すること等を考えると、フィルタ１７の温度は粒子状物質燃焼開始温度にまでは上昇しないが、燃料供給装置１８から微量の燃料を排気ガス中に供給すればフィルタ１７の温度を粒子状物質燃焼開始温度にまで上昇させることができる。すなわち、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理とフィルタ１７の再生処理を同時に行うことにより、これら処理を別々に行った場合に比べて、昇温に用いられる燃料の量を抑制することができる。
【００４７】
また、本実施形態のように、ＳＯXトラップ触媒１３よりも排気下流側に設けられた燃料供給装置１８から燃料を供給することによりフィルタ１７の温度を上昇させる場合、燃料中の硫黄成分はＳＯXトラップ触媒１３に捕獲されることなく、直接ＮＯX吸蔵触媒１６及びフィルタ１７に流入することになる。このため、微量ではあるが、フィルタ１７の温度を上昇させる毎にＮＯX吸蔵触媒１６にＳＯXが吸蔵されてしまう。
【００４８】
これに対して、上述したように、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理とフィルタ１７の再生処理とを同時に行うことにより、フィルタ１７の温度を粒子状物質燃料開始温度にまで上昇させるのに燃料供給装置１８から供給すべき燃料を減少させることができる。このため、フィルタ１７の再生処理を行うにあたってＮＯX吸蔵触媒１６に吸蔵されるＳＯXが減少せしめられる。
【００４９】
次に、図８〜図１２を参照して本実施形態の各種制御について具体的に説明する。まず、フィルタ１７の再生制御について説明する。フィルタ１７の再生処理は、上述したように、フィルタ１７への粒子状物質の堆積量が許容量を超えたときに行われる。本実施形態では、差圧センサ４５により検出されるフィルタ１７の前後差圧に基づいてフィルタ１７への粒子状物質の堆積量が推定される。すなわち、フィルタ１７への粒子状物質の堆積量の許容量を超えた場合にはフィルタ１７の前後差圧がこの許容量に対応する許容値よりも高くなるため、フィルタ１７の前後差圧が許容値以下の場合にはフィルタ１７の再生処理を実行せず、フィルタ１７の前後差圧が許容値よりも高くなった場合にフィルタ１７の再生処理を実行する。
【００５０】
一方、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理は、基本的にＳＯXトラップ触媒１３のＳＯX捕獲量が予め定められた捕獲量以上となったときに行われる。すなわち、ＳＯXトラップ触媒１３のＳＯX捕獲量が予め定められた量を超えたときにＳＯXトラップ率が予め定められた率よりも低下したと判断され、このときＳＯXトラップ率を回復するために排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯXトラップ触媒１３の温度を上昇させてＳＯXトラップ触媒１３の回復処理を行うようにしている。そこで、まずＳＯXトラップ触媒１３のＳＯX捕獲量の算出方法について説明する。
【００５１】
燃料中には或る割合でイオウが含まれており、従って排気ガス中に含まれるＳＯX量、すなわちＳＯXトラップ触媒１３に捕獲されるＳＯX量は燃料噴射量に比例する。燃料噴射量は要求トルクおよび機関回転数の関数であり、従ってＳＯXトラップ触媒１３に捕獲されるＳＯX量も要求トルクおよび機関回転数の関数となる。本実施形態ではＳＯXトラップ触媒１３に単位時間当り捕獲されるＳＯX量ＳＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図８（Ａ）に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００５２】
また、潤滑油内にも或る割合でイオウが含まれており、燃焼室２内で燃焼せしめられる潤滑油量、すなわち排気ガス中に含まれていてＳＯXトラップ触媒１３に捕獲されるＳＯX量も要求トルクおよび機関回転数の関数となる。本実施形態では潤滑油に含まれていてＳＯXトラップ触媒１３に単位時間当り捕獲されるＳＯX量ＳＯＸＢが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図８（Ｂ）に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、ＳＯX量ＳＯＸＡおよびＳＯX量ＳＯＸＢの和を積算することによってＳＯXトラップ触媒１３のＳＯX捕獲量ΣＳＯＸが算出される（ΣＳＯＸ＝ΣＳＯＸＡ＋ΣＳＯＸＢ）。
【００５３】
次に、予め定められた捕獲量ＳＯ（ｎ）について説明する。本実施形態では図８（Ｃ）に示されるようにＳＯX量ΣＳＯＸと、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理をすべきときの予め定められたＳＯX量ＳＯ（ｎ）との関係が予め記憶されており、ＳＯX量ΣＳＯＸが予め定められたＳＯ（ｎ）（ｎ＝１，２，３，…）を越えたときにＳＯXトラップ触媒１３の回復処理が行われる。なお、図８（Ｃ）においてはｎは何回目の回復処理であるかを示している。図８（Ｃ）からわかるようにＳＯXトラップ率を回復するための回復処理回数ｎが増大するにつれて予め定められた量ＳＯ（ｎ）が増大せしめられ、この予め定められた量ＳＯ（ｎ）の増大割合は処理回数ｎが増大するほど減少する。すなわち、ＳＯ（２）に対するＳＯ（３）の増大割合はＳＯ（１）に対するＳＯ（２）の増大割合よりも減少する。
【００５４】
上述したように、本実施形態では、ＳＯXトラップ触媒１３のＳＯX捕獲量ΣＳＯＸが予め定められた捕獲量ＳＯ（ｎ）以上となったときにＳＯXトラップ触媒１３の回復処理が行われるが、予め定められた捕獲量ＳＯ（ｎ）以上となった直後に行われるわけではない。すなわち、ＳＯX捕獲量ΣＳＯＸが予め定められた捕獲量ＳＯ（ｎ）以上となった後、フィルタ１７の再生処理が開始されたときにＳＯXトラップ触媒１３の回復処理も開始される。逆に言うと、ＳＯX捕獲量ΣＳＯＸが予め定められた捕獲量ＳＯ（ｎ）以上となっても、フィルタ１７の再生処理が開始されるまでＳＯXトラップ触媒１３の回復処理が待機される。
【００５５】
このように、フィルタ１７の再生処理とＳＯXトラップ触媒１３の回復処理が同時に行われる場合、上流側燃料供給装置２６からはＳＯXトラップ触媒１３の温度を回復温度以上にするのに必要な量の燃料が供給され、下流側燃料供給装置１８からはフィルタ１７の温度を粒子状物質酸化開始温度以上にまで上昇させるのに必要な量の燃料が供給される。ただし、下流側燃料供給装置１８からの供給燃料量は、フィルタ１７の再生処理とＳＯXトラップ触媒１３の回復処理を同時に行わない場合に比べて少なくされる。
【００５６】
フィルタ１７の再生処理期間、すなわちフィルタ１７の温度を粒子状物質酸化開始温度以上にまで上昇させている期間は、フィルタ１７への粒子状物質の堆積量やフィルタ１７の使用期間等に応じて算出される。例えば、フィルタ１７への粒子状物質の堆積量が多いほど、粒子状物質を完全に酸化除去する必要な時間が長くなるため、再生処理期間が長くなり、また、フィルタ１７の使用期間が長くなるほど、フィルタ１７での白金Ｐｔ等の酸化能力が低下して粒子状物質の酸化除去に時間がかかるため、再生処理期間が長くなる。
【００５７】
一方、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理期間、すなわちＳＯXトラップ触媒１３の温度を回復温度以上にまで上昇させている期間は、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理の回数やＳＯXトラップ触媒１３のＳＯX捕獲量、コート層５１を構成する成分等に応じて算出される。
【００５８】
このように、フィルタ１７の再生処理期間、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理期間共に状況に応じて変化するため、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理期間の方がフィルタ１７の再生処理期間よりも長い場合もあれば、フィルタ１７の再生処理期間の方がＳＯXトラップ触媒１３の回復処理期間よりも長い場合もある。ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理期間の方がフィルタ１７の再生処理期間よりも長い場合には、図９（Ａ）に示したように、フィルタ１７の再生処理終了後、下流側燃料供給装置１８からの燃料供給が停止され、上流側燃料供給装置２６からの燃料供給はそのまま維持される。
【００５９】
一方、フィルタ１７の再生処理期間の方がＳＯXトラップ触媒１３の回復処理期間よりも長い場合、図９（Ｂ）に示したように、上流側燃料供給装置２６からの燃料供給が停止され、下流側燃料供給装置１８からの燃料供給量が増大せしめられる。これは、ＳＯXトラップ触媒１３の昇温処理（回復処理）の終了により、ＳＯXトラップ触媒１３から流出する排気ガスの温度が低下し、よってフィルタ１７に流入する排気ガスの温度が低下するため、この排気ガスの温度の低下分だけ下流側燃料供給装置１８からの燃料供給量を増大させたものである。
【００６０】
ところで、上記説明では、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理は、ＳＯXトラップ触媒１３の温度を回復温度以上にまで上昇させると説明したが、より正確には、ＳＯXトラップ触媒１３のＳＯXトラップ率を回復させるためにはＳＯXトラップ触媒１３の温度を回復処理下限温度と回復処理上限温度との間の温度にまで昇温する必要がある。ここで、回復処理下限温度はＳＯXトラップ触媒１３のコート層５１を構成する成分の融点であり、図１０に示したようにＳＯXトラップ触媒１３のＳＯX捕獲量が増大すると回復処理下限温度も上昇する。
【００６１】
一方、回復処理上限温度は、これ以上ＳＯXトラップ触媒１３の温度を上昇させると、ＳＯXトラップ触媒１３を流れる排気ガスの空燃比に関わらず、ＳＯXトラップ触媒１３からＳＯXが放出されてしまうような温度である。図１０に示したように、ＳＯXトラップ触媒１３のＳＯX捕獲量が増大すると回復処理上限温度は低下する。なお、ＳＯXトラップ触媒１３のコート層５１を構成する成分によっては、ＳＯXトラップ触媒１３の温度を上昇させるとＳＯXトラップ触媒１３からＳＯXが放出されてしまうよりも先にコート層５１を構成する成分自体が蒸散してしまう場合がある。この場合、このような蒸散が生じない限界の温度が回復処理上限温度となる。
【００６２】
このように、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理を行うにあたっては、回復処理下限温度と回復処理上限温度とが存在するため、これらの間の温度で昇温処理を行う必要があるが、回復処理中におけるＳＯXトラップ触媒１３の温度が高いほどＳＯXトラップ率を迅速に回復させることができると共に回復処理後の捕獲可能なＳＯX量を増大させることができる。したがって、本実施形態では、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理を行う場合には、回復処理上限温度付近の温度までＳＯXトラップ触媒１３の温度を上昇させることとしている。したがって、本実施形態では、ＳＯXトラップ触媒１３のＳＯX捕獲量に応じて回復処理におけるＳＯXトラップ触媒１３の温度を変更することとしている。
【００６３】
なお、上記実施形態では、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理を行う場合に、回復処理上限温度付近までＳＯXトラップ触媒１３を昇温させているが、必ずしもそこまで昇温させなくてもよい。例えば、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理時に、ＳＯXトラップ触媒１３の温度を回復処理上限温度と回復処理下限温度との中間の温度に維持するようにしてもよい。この場合、ＳＯX捕獲量に応じて回復処理時のＳＯXトラップ触媒１３の目標温度を変更する必要がない。
【００６４】
次に、図１１及び図１２を参照してＳＯXトラップ触媒１３の回復処理及びフィルタ１７の再生処理を実行する回復・再生制御の制御ルーチンについて説明する。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
【００６５】
図１１、１２を参照すると、まず初めにステップＳ１０において、回復・再生処理フラグＸが１となっているか否かが判定される。回復・再生処理フラグＸは、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理及びフィルタ１７の再生処理が実行されているときには１とされ、それ以外のときには０とされるフラグである。回復・再生処理が実行されていないと判定されたときにはステップＳ１１へと進む。ステップＳ１１では、差圧センサ４５によってフィルタ１７の前後差圧ΔＰが検出される。次いで、ステップＳ１２では、上述したように要求トルクＴＱ、機関回転数Ｎ等に基づいてＳＯX捕獲量ΣＳＯＸが算出される。
【００６６】
次いで、ステップＳ１３、Ｓ１４において、フィルタ１７の再生処理実行条件が成立しているか否か、例えばフィルタ１７の前後差圧ΔＰが許容値ＰＸよりも大きいか否か、及びＳＯXトラップ触媒１３の回復処理実行条件が成立しているか否か、例えばＳＯX捕獲量ΣＳＯＸが予め定められた捕獲量以上となっているか否かが判定される。ステップＳ１３、Ｓ１４において、フィルタ１７の再生処理実行条件が成立していないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられ、フィルタ１７の再生処理及びＳＯXトラップ触媒１３の回復処理は実行されない。
【００６７】
一方、ステップＳ１３、１４において、フィルタ１７の再生処理実行条件は成立しているがＳＯXトラップ触媒１３の回復処理実行条件は成立していないと判定された場合、ステップＳ１５へと進む。ステップＳ１５では、下流側燃料供給装置１８から供給すべき燃料量が算出され、次いで、ステップＳ１６ではステップＳ１５で算出された燃料供給量だけ下流側燃料供給装置１８から燃料供給が行われる。これにより、フィルタ１７の温度が昇温せしめられ、フィルタ１７の再生処理が行われる。
【００６８】
また、ステップＳ１３、Ｓ１４において、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理実行条件が成立している場合であっても、フィルタ１７の再生処理実行条件が成立していない場合には制御ルーチンが終了せしめられ、フィルタ１７の再生処理実行条件が成立するまでＳＯXトラップ触媒１３の回復処理が待機せしめられる。その後、フィルタ１７の再生処理実行条件が成立し、フィルタ１７の再生処理実行条件及びＳＯXトラップ触媒１３の回復処理実行条件の両条件が成立していると判定された場合、ステップＳ１７へと進む。ステップＳ１７では、回復・再生処理フラグＸが１とされる。次いで、ステップＳ１８では、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理を実行する場合のＳＯXトラップ触媒１３の目標温度が算出される。この目標温度は、例えば、図１０に示したようなマップに基づいて算出される。
【００６９】
次いで、ステップＳ１９において上流側燃料供給装置２６から供給すべき燃料量が算出される。上流側燃料供給装置２６から供給すべき燃料量は、ステップＳ１８において算出された目標温度と、温度センサ４３によって検出されたＳＯXトラップ触媒１３の温度とに基づいて算出される。次いで、ステップＳ２０では、下流側燃料供給装置１８から供給すべき燃料量が算出される。下流側燃料供給装置２６から供給すべき燃料量は、ステップＳ１９において算出された上流側燃料供給装置２６からの燃料供給量と、フィルタ１７の目標温度（例えば、フィルタ１７の粒子状物質酸化開始温度）と、温度センサ４４によって検出されたフィルタ１７の温度とに基づいて算出される。次いで、ステップＳ２１において、ステップＳ１９及びステップＳ２０において算出された燃料供給量だけ両燃料供給装置１８、２６から燃料の供給が行われ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００７０】
次の制御ルーチンでは、ステップＳ１０において、回復・再生処理フラグＸが１となっていると判定され、ステップＳ２２、Ｓ２３、Ｓ２４へと進む。ステップＳ２２〜Ｓ２４では、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理終了条件が成立しているか否か、例えば、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理開始から所定時間が経過しているか否か、及びフィルタ１７の回復処理終了条件が成立しているか否か、例えば差圧センサ４５によって検出されたフィルタ１７の前後差圧が所定値以下となっているか否かが判定される。
【００７１】
ステップＳ２２〜Ｓ２４において、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理終了条件が成立しておらず且つフィルタ１７の再生処理終了条件が成立していないと判定された場合には、ステップＳ１９へと進み、両燃料供給装置１８、２６から燃料供給が行われる。一方、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理終了条件は成立していないがフィルタ１７の再生処理終了条件は成立していると判定された場合には、ステップＳ２５へと進む。ステップＳ２５では、下流側燃料供給装置１８からの燃料供給が終了せしめられる。次いで、ステップＳ２６において、ステップＳ１９と同様にステップＳ１８で算出された目標温度と、温度センサ４３によって検出されたＳＯXトラップ触媒１３の温度とに基づいて上流側燃料供給装置２６から供給すべき燃料量が算出される。次いで、ステップＳ２７において、ステップＳ２６で算出された燃料供給量だけ上流側燃料供給装置２６から燃料が供給せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００７２】
逆に、ステップＳ２２〜Ｓ２４において、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理終了条件は成立しているが、フィルタ１７の再生処理終了条件は成立していないと判定された場合には、ステップＳ２８へと進む。ステップＳ２８では、上流側燃料供給装置２６からの燃料供給が終了せしめられる。次いで、ステップＳ２９において、下流側燃料供給装置２６から供給すべき燃料量が算出される。ステップＳ２９では、ステップＳ２０とは異なり、下流側燃料供給装置２６から供給すべき燃料量は、フィルタ１７の目標温度と、温度センサ４４によって検出されたフィルタ１７の温度とのみに基づいて算出される。次いで、ステップＳ３０において、ステップＳ２９で算出された燃料供給量だけ下流側燃料供給装置１８から燃料が供給せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００７３】
ステップＳ２２〜Ｓ２４において、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理終了条件及びフィルタ１７の再生処理終了条件はいずれも成立していると判定された場合には、ステップＳ３１へと進む。ステップＳ３１では、両燃料供給装置１８、２６からの燃料供給が終了せしめられる。次いで、ステップＳ３２では、回復・再生処理フラグＸが０とされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００７４】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。上記実施形態では、フィルタ１７の再生処理期間の方がＳＯXトラップ触媒１３の回復処理期間よりも長い場合、図９（Ｂ）に示したように、上流側燃料供給装置２６からの燃料供給が停止され、下流側燃料供給装置１８からの燃料供給量が増大せしめられる。これに対して、本実施形態では、フィルタ１７の再生処理期間の方がＳＯXトラップ触媒１３の回復処理期間よりも長い場合、図９（Ｃ）に示したように、上流側燃料供給装置２６からの燃料供給を停止せずに継続し、下流側燃料供給装置１８からの燃料供給量をそのまま維持するようにしている。これにより、下流側燃料供給装置１８から供給される燃料量、すなわちＳＯXトラップ触媒１３を経由せずにＮＯX吸蔵触媒１６に流入する燃料量が減少し、下流側燃料供給装置１８から供給される燃料中の硫黄成分によるＮＯX吸蔵触媒１６の硫黄被毒が抑制される。
【００７５】
図１３、１４は、第二実施形態におけるＳＯXトラップ触媒１３の回復処理及びフィルタ１７の再生処理を実行する回復・再生制御の制御ルーチンのフローチャートである。図１３、１４におけるステップＳ１０〜Ｓ２７、Ｓ３１、Ｓ３２は、それぞれ図１１、１２におけるステップＳ４０〜Ｓ５７、Ｓ６１、Ｓ６２と同様であるため、説明を省略する。
【００７６】
ステップＳ５２〜Ｓ５４において、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理終了条件は成立しているが、フィルタ１７の再生処理終了条件は成立していないと判定された場合には、ステップＳ５８へと進む。ステップＳ５８では、ステップＳ４９（ステップＳ１９）と同様に上流側燃料供給装置２６からの燃料供給が終了せしめられる。次いで、ステップＳ５９において、ステップＳ５０（ステップＳ２０）と同様に、下流側燃料供給装置２６から供給すべき燃料量が算出される。次いで、ステップＳ６０において、ステップＳ５８、Ｓ５９で算出された燃料供給量だけ両燃料供給装置１８、２６から燃料が供給せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】圧縮自着火式内燃機関の全体図である。
【図２】圧縮自着火式内燃機関の別の例を示す全体図である。
【図３】圧縮自着火式内燃機関の更に別の例を示す全体図である。
【図４】パティキュレートフィルタの構造を示す図である。
【図５】ＳＯXトラップ触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。
【図６】ＳＯXトラップ率を示す図である。
【図７】ＳＯXトラップ触媒の回復制御を説明するための図である。
【図８】ＳＯX捕獲量ΣＳＯＸと、昇温制御を行うべき吸蔵ＳＯX量ＳＯ（ｎ）との関係等を示す図である。
【図９】両燃料供給装置からの燃料供給量の推移を示す図である。
【図１０】ＳＯX捕獲量と回復処理可能なＳＯXトラップ触媒の温度との関係を示す図である。
【図１１】第一実施形態における回復・再生制御の制御ルーチンのフローチャートの一部である。
【図１２】第一実施形態における回復・再生制御の制御ルーチンのフローチャートの一部である。
【図１３】第二実施形態における回復・再生制御の制御ルーチンのフローチャートの一部である。
【図１４】第二実施形態における回復・再生制御の制御ルーチンのフローチャートの一部である。
【符号の説明】
【００７８】
４ 吸気マニホルド
５ 排気マニホルド
７ 排気ターボチャージャ
１２ 酸化触媒
１３ ＳＯXトラップ触媒
１６ ＮＯX吸蔵触媒
１７ パティキュレートフィルタ
１８ 下流側燃料供給装置
２６ 上流側燃料供給装置
４３、４４ 温度センサ
４５ 差圧センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＯX吸蔵能力を有するＮＯX吸蔵触媒は、流入する排気ガス中にＳＯXが含まれていると、そのＳＯXを吸蔵し、これに伴ってＮＯX吸蔵触媒のＮＯX吸蔵能力が低下することが知られている。そこで、ＮＯX吸蔵触媒にＳＯXが流入するのを防止すべく、ＮＯX吸蔵触媒上流の機関排気通路内にＳＯXトラップ触媒を配置した内燃機関が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特に、ＳＯXトラップ触媒は、ＳＯXトラップ触媒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ＳＯXを捕獲し、排気ガスの空燃比がリーンのものでＳＯXトラップ触媒の温度が上昇すると捕獲したＳＯXが次第にＳＯXトラップ触媒の内部に拡散していく性質を有する。このため、ＳＯXトラップ触媒の表面にＳＯXが捕獲されてＳＯXトラップ触媒によるＳＯX捕獲能力が低下しても、ＳＯXトラップ触媒の温度を上昇させてＳＯXをＳＯXトラップ触媒の内部に拡散させることで、ＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲能力を回復させることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３３６１０号公報
【特許文献２】特開２００３−３２８７２７号公報
【特許文献３】特開２００６−１８８９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、圧縮自着火式内燃機関から排出される排気ガス中にはＮＯXやＳＯXの他に粒子状物質が含まれる。この粒子状物質を捕集するために、圧縮自着火式内燃機関の機関排気通路内にはパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」という）が設けられる。しかしながら、フィルタでは、粒子状物質の堆積量が増加すると、フィルタが目詰まりし、排気ガスの流れに対する抵抗が大きくなってしまう。このため、一般に、フィルタへの粒子状物質の堆積量が増大すると、フィルタを昇温させるようにしている。これにより、フィルタに堆積している粒子状物質が酸化除去され、排気ガスの流れに対する抵抗が低く維持されるようになる。
【０００６】
ここで、フィルタに堆積している粒子状物質を酸化除去すべくフィルタを昇温させる場合も、ＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲能力を回復させるべくＳＯXトラップ触媒を昇温させる場合も、昇温のために直接的に又は間接的に燃料が消費されることになる。したがって、フィルタの昇温とＳＯXトラップ触媒の昇温をそれぞれ異なるタイミングで実行すると、燃費の悪化を招いてしまう。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置において、フィルタ及びＳＯXトラップ触媒の昇温に用いられる燃料を減少させて燃費の悪化を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、第１の発明では、機関排気通路内に配置されると共に排気ガス中に含まれるＳＯXを捕獲するＳＯXトラップ触媒と、該ＳＯXトラップ触媒の排気下流側に配置されると共に排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタとを具備し、上記ＳＯXトラップ触媒は、ＳＯXトラップ触媒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ＳＯXを捕獲し、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯXトラップ触媒の温度を回復開始温度以上に上昇させると、捕獲したＳＯXがＳＯXトラップ触媒の内部に拡散してＳＯXトラップ触媒のＳＯXトラップ能力が回復する性質を有し、ＳＯXトラップ触媒のＳＯXトラップ能力を回復させるべくＳＯXトラップ触媒の温度を回復開始温度以上にまで上昇させるＳＯXトラップ回復処理と、パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集能力を回復させるべくパティキュレートフィルタを昇温してパティキュレートフィルタ上に堆積した粒子状物質を酸化除去するフィルタ再生処理とを実行可能であり、ＳＯX回復処理はフィルタ再生処理の実行時に行うようにした、圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置が提供される。
第１の発明によれば、ＳＯX回復処理はフィルタ再生処理と同時に行われる。これにより、ＳＯX回復処理においてＳＯXトラップ触媒を昇温するのに用いられた熱がパティキュレートフィルタにも流入する。このため、フィルタ再生処理を行うべくパティキュレートフィルタを昇温するのに用いられる燃料量が減少せしめられる。
【０００９】
第２の発明では、第１の発明において、上記パティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量を推定する粒子状物質堆積量推定手段と、上記ＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲量を推定するＳＯX捕獲量推定手段とを具備し、上記フィルタ再生処理はパティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量が許容量を越えたときに実行され、上記ＳＯXトラップ回復処理はＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲量が予め定められた量以上であって上記フィルタ再生処理が実行されているときに行われ、ＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲量が予め定められた量以上であっても上記フィルタ再生処理が実行されていないときには行われない。
【００１０】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、上記ＳＯXトラップ回復処理とフィルタ再生処理とが同時に行われた後にＳＯXトラップ回復処理が先に終了した場合には、ＳＯXトラップ触媒の昇温を停止して下流側燃料添加装置のみから燃料添加を行う。
【００１１】
第４の発明では、第１又は第２の発明において、上記ＳＯXトラップ回復処理とフィルタ再生処理とが同時に行われた後にＳＯXトラップ回復処理が先に終了した場合には、フィルタ再生処理が終了するまでＳＯXトラップ触媒の昇温を維持する。
【００１２】
第５の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、上記ＳＯXトラップ触媒は、ＳＯXトラップ触媒の温度が上記回復開始温度よりも高いＳＯX放出限界温度よりも高くなると、捕獲したＳＯXを放出する性質を有し、上記ＳＯXトラップ回復処理を行うときには、ＳＯXトラップ触媒の昇温目標温度が上記ＳＯX放出限界温度とほぼ同一の上限温度とされる。
【００１３】
第６の発明では、第５の発明において、上記上限温度は、ＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲量が増大すると低下せしめられる。
【００１４】
第７の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、上記ＳＯXトラップ回復処理を行うときには、ＳＯXトラップ触媒を構成する物質の蒸散開始温度以下の温度まで上昇せしめられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＳＯX回復処理がフィルタ再生処理と同時に行われることにより、パティキュレートフィルタを昇温するのに用いられる燃料量が減少せしめられるため、燃費の悪化が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１７】
図１に圧縮自着火式内燃機関の全体図を示す。図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口はエアクリーナ８に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁９が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１０が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置１０内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００１８】
一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は上流側触媒コンバータ１１の入口に連結される。上流側触媒コンバータ１１内には、上流側に酸化触媒１２、下流側にＳＯXトラップ触媒１３が配置される。上流側触媒コンバータ１１の出口は排気管１４を介して下流側触媒コンバータ１５に連結される。下流側触媒コンバータ内には、上流側にＮＯX吸蔵触媒１６、下流側にパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」という）１７が配置される。排気管１４には排気管１４内を流れる排気ガス中に例えば燃料を供給するための燃料供給装置１８が取り付けられる。
【００１９】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２０を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２０内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２１が配置される。また、ＥＧＲ通路２０周りにはＥＧＲ通路２０内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２２が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置２２内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管２３を介してコモンレール２４に連結される。このコモンレール２４内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２５から燃料が供給され、コモンレール２４内に供給された燃料は各燃料供給管２３を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００２０】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続された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（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。
【００２１】
ＳＯXトラップ触媒１３にはＳＯXトラップ触媒１３の温度を検出するための温度センサ４３が取付けられ、フィルタ１７にはフィルタ１７の温度を検出するための温度センサ４４が取付けられる。これら温度センサ４３、４４の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、フィルタ１７にはフィルタ１７の前後差圧を検出するための差圧センサ４５が取付けられており、この差圧センサ４５の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁９駆動用ステップモータ、燃料供給装置１８、ＥＧＲ制御弁２１および燃料ポンプ２５に接続される。
【００２２】
図２に圧縮自着火式内燃機関の別の実施形態を示す。この実施形態では排気管１４に取付けられた燃料供給装置（以下、「下流側燃料供給装置」という）１８に加えて、排気マニホルド５の例えば１番気筒のマニホルド枝管５ａ内に例えば燃料を供給するための燃料供給装置（以下、「上流側燃料供給装置」という）２６が設けられている。
【００２３】
なお、上記実施形態では、機関排気通路内に、酸化触媒１２、ＳＯXトラップ触媒１３、ＮＯX吸蔵触媒１６、フィルタ１７の順で排気浄化要素が並んでいるが、必ずしもこの順序である必要はない。すなわち、ＳＯXトラップ触媒、ＮＯX吸蔵触媒、フィルタがこの順で或いはＳＯXトラップ触媒、フィルタ、ＮＯX吸蔵触媒の順で配置されていれば排気浄化要素を如何なる順序で並べても良い。例えば、上流側から、ＳＯXトラップ触媒、ＮＯX吸蔵触媒、酸化触媒、フィルタの順に並べてもよい。また、図３に示したように、フィルタの代わりにＮＯX吸蔵能力を有するフィルタ１７’を用いてもよい。この場合、機関排気通路内にＮＯX吸蔵触媒を設けなくてもよい。
【００２４】
まず初めに、図１及び図２に示されるフィルタ１７について説明する。図４（Ａ）および（Ｂ）はフィルタ１７の構造を示している。なお、図４（Ａ）はフィルタ１７の正面図を示しており、図４（Ｂ）はフィルタ１７の側面断面図を示している。図４（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにフィルタ１７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流通路６０、６１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓６２により閉塞された排気ガス流入通路６０と、上流端が栓６３により閉塞された排気ガス流出通路６１とにより構成される。なお、図４（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓６３を示している。従って排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は薄肉の隔壁６４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は各排気ガス流入通路６０が４つの排気ガス流出通路６１によって包囲され、各排気ガス流出通路６１が４つの排気ガス流入通路６０によって包囲されるように配置される。
【００２５】
フィルタ１７は例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは図４（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出する。このように排気ガスが隔壁６４内を通って流れる間に、排気ガス中に含まれる粒子状物質がフィルタ１７に捕集されることになる。
【００２６】
次に、図１及び図２に示されるＮＯX吸蔵触媒１６について簡単に説明する。これらＮＯX吸蔵触媒１６では、三次元網目構造のモノリス担体或いはペレット状担体上に例えばアルミナからなる担体層が設けられ、この担体層の表面上には貴金属触媒が分散して担持されており、更に担体層の表面上にはＮＯX吸蔵剤の層が形成されている。
【００２７】
本実施形態では貴金属触媒として白金Ｐｔが用いられ、ＮＯX吸蔵剤を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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が用いられる。
【００２８】
機関吸気通路、燃焼室２およびＮＯX吸蔵触媒１６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）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯX吸蔵触媒１６は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯXを吸蔵し、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。圧縮自着火式内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が行われるため、機関本体１から排出された排気ガスはＮＯX吸蔵触媒１６に吸蔵されることになる。しかしながら、リーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われると、その間にＮＯX吸蔵触媒１６のＮＯX吸蔵能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯX吸蔵触媒１６によりＮＯXを吸蔵することができなくなってしまう。そこで、本実施形態では、ＮＯX吸蔵触媒１６のＮＯX吸蔵能力が飽和する前に、例えば燃料供給装置１８から燃料を供給することによってＮＯX吸蔵触媒１６に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯX吸蔵触媒１６からＮＯXを放出させるようにしている。
【００２９】
ところで排気ガス中にはＳＯXが含まれており、このＳＯXがＮＯX吸蔵触媒１６に流入するとＮＯX吸蔵触媒１６のＮＯX吸蔵能力が低下してしまう。すなわち、ＮＯX吸蔵触媒１６は排気ガス中のＮＯXのみならずＳＯXをも吸蔵可能であり、しかもＮＯX吸蔵触媒１６に吸蔵されたＳＯXは放出されにくい。一般に、ＮＯX吸蔵触媒１６に吸蔵されたＳＯXを放出するためには、ＮＯX吸蔵触媒１６に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすると共にＮＯX吸蔵触媒１６の温度を高温にする必要がある。このため、ＮＯX吸蔵触媒１６からＳＯXを放出させようとすると、ＮＯX吸蔵触媒１６を高温にするために多量の燃料が必要になってしまう。また、ＮＯX吸収触媒１６から放出されたＳＯXは大気中に排出されることになり、このことも好ましいことではない。
【００３０】
そこで本発明ではＮＯX吸蔵触媒１６の上流にＳＯXトラップ触媒１３を配置してこのＳＯXトラップ触媒１３により排気ガス中に含まれるＳＯXを捕獲し、それによってＮＯX吸蔵触媒１６にＳＯXが流入しないようにしている。次にこのＳＯXトラップ触媒１３について説明する。
【００３１】
このＳＯXトラップ触媒１３は例えばハニカム構造のモノリス触媒からなり、ＳＯXトラップ触媒１３の軸線方向にまっすぐに延びる多数の排気ガス流通孔を有する。このようにＳＯXトラップ触媒１３をハニカム構造のモノリス触媒から形成した場合には、各排気ガス流通孔の内周壁面上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図５はこの触媒担体５０の表面部分の断面を図解的に示している。図５に示されるように触媒担体５０の表面上にはコート層５１が形成されており、このコート層５１の表面上には貴金属触媒５２が分散して担持されている。
【００３２】
本実施形態では貴金属触媒５２として白金が用いられており、コート層５１を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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が用いられている。すなわち、ＳＯXトラップ触媒１３のコート層５１は強塩基性を呈している。なお、ＳＯXトラップ触媒１３には必ずしも貴金属触媒５２が担持されていなくてもよい。
【００３３】
さて、排気ガス中に含まれるＳＯX、すなわちＳＯ2は図５に示されるように白金Ｐｔ５２において酸化され、次いでコート層５１内に捕獲される。すなわち、ＳＯ2は硫酸イオンＳＯ42-の形でコート層５１内に拡散し、硫酸塩を形成する。なお、上述したようにコート層５１は強塩基性を呈しており、従って図５に示されるように排気ガス中に含まれるＳＯ2の一部は直接コート層５１内に捕獲される。
【００３４】
図５においてコート層５１内における濃淡は捕獲されたＳＯXの濃度を示している。図５からわかるようにコート層５１内におけるＳＯX濃度はコート層５１の表面近傍が最も高く、奥部に行くに従って次第に低くなっていく。コート層５１の表面近傍におけるＳＯX濃度が高くなるとコート層５１の表面の塩基性が弱まり、ＳＯXの捕獲能力が弱まる。ここで排気ガス中に含まれるＳＯXのうちでＳＯXトラップ触媒１３に捕獲されるＳＯXの割合をＳＯXトラップ率と称すると、コート層５１の表面の塩基性が弱まればそれに伴ってＳＯXトラップ率が低下することになる。
【００３５】
図６にＳＯXトラップ率の時間的変化を示す。図６に示されるようにＳＯXトラップ率は初めは１００パーセントに近いが時間が経過すると急速に低下する。そこで本発明では図７に示されるようにＳＯXトラップ率が予め定められた率よりも低下したときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯXトラップ触媒１３の温度を上昇させる昇温制御を行い、それによってＳＯXトラップ率を回復させるようにしている（ＳＯXトラップ回復処理）。
【００３６】
すなわち、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯXトラップ触媒１３の温度を回復開始温度（例えば、コート層５１を構成する成分の融点）以上にまで上昇させるとコート層５１内の表面近傍に集中的に存在するＳＯXはコート層５１内におけるＳＯX濃度が均一となるようにコート層５１の奥部に向けて拡散していく。すなわち、コート層５１内に生成されている硝酸塩はコート層５１の表面近傍に集中している不安定な状態からコート層５１内の全体に亘って均一に分散した安定した状態に変化する。コート層５１内の表面近傍に存在するＳＯXがコート層５１の奥部に向けて拡散するとコート層５１の表面近傍のＳＯX濃度が低下し、斯くしてＳＯXトラップ触媒１３の昇温制御（回復制御）が完了すると図７に示されるようにＳＯXトラップ率（ＳＯXトラップ能力）が回復する。
【００３７】
本発明では基本的には車両を購入してから廃車するまでＳＯXトラップ触媒１３を交換することなくそのまま使用することを考えている。近年では特に燃料内に含まれるイオウの量が減少せしめられており、従ってＳＯXトラップ触媒１３の容量を或る程度大きくすればＳＯXトラップ触媒１３を交換することなく廃車するまでそのまま使用することができる。例えば車両の耐用走行距離を５０万kmとするとＳＯXトラップ触媒１３の容量は、走行距離が２５万km程度までＳＯXトラップ触媒１３の回復制御をすることなく高いＳＯXトラップ率でもってＳＯXを捕獲し続けることのできる容量とされる。この場合、最初の回復制御は走行距離が２５万km程度で行われる。
【００３８】
なお、ＳＯXトラップ触媒１３の温度を上昇させるには、様々な方法を用いることができる。例えば、燃料噴射弁３からの噴射時期を圧縮上死点以降にまで遅角させることが挙げられる。これにより、燃焼室２内での後燃え期間が長くなり、よって機関本体１から排出される排気ガスの温度が上昇する。或いは、燃料噴射弁３からの燃料噴射を行うにあたって、圧縮上死点付近で行われる主噴射に加え、主噴射の前にパイロット噴射を行うことが挙げられる。これにより、追加的な噴射により燃料噴射総量が増大したり、後燃えしたりするため、排気ガスの温度が上昇する。このように機関本体１から排出される排気ガスの温度が上昇すると、これに伴ってＳＯXトラップ触媒１３の温度も上昇せしめられる。
【００３９】
さらに、燃料噴射弁３からの燃料噴射を行うにあたって、圧縮上死点付近で行われる主噴射に加え、主噴射の後にポスト噴射を行うことが挙げられる。この場合、ポスト噴射で噴射された大部分の燃料は燃焼することなく未燃ＨＣの形で排気通路内に排出され、ＳＯXトラップ触媒１３に流入する。或いは、図２に示される内燃機関では燃料供給装置２６から燃料を供給することが挙げられる。この場合も、燃料供給装置２６から供給された燃料は未燃ＨＣの形でＳＯXトラップ触媒１３に流入する。このようにＳＯXトラップ触媒１３に流入した未燃ＨＣはＳＯXトラップ触媒１３において過剰酸素により酸化され、このとき発生する酸化反応熱によってＳＯXトラップ触媒１３の温度が上昇せしめられる。以下の説明では、ＳＯXトラップ触媒１３の昇温を燃料供給装置２６からの燃料供給によって行う場合を例にとって説明する。
【００４０】
一方、上述したように排気ガス中に含まれる粒子状物質はフィルタ１７に捕集されるが、フィルタ１７は無限に粒子状物質を捕集することができるわけではない。フィルタ１７に捕集された粒子状物質はフィルタ１７上に次第に堆積していき、この粒子状物質の堆積量が増大すると、フィルタ１７に目詰まりが生じ、排気ガスの流れに対する抵抗が大きくなってしまう。その結果、機関出力の低下を招いてしまう。
【００４１】
従って、粒子状物質の堆積量が増大したときには、堆積した粒子状物質を除去しなければならない。この場合、空気過剰のもとでフィルタ１７の温度を粒子状物質燃焼開始温度（例えば６００℃程度）にまで上昇させると、堆積した粒子状物質が酸化され、除去される。
【００４２】
そこで、本実施形態では、フィルタ１７上に堆積した粒子状物質の量が許容量を超えたときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでフィルタ１７の温度を粒子状物質燃焼開始温度以上にまで上昇させ、それによって堆積した粒子状物質を酸化除去するようにしている（フィルタ１７の再生処理）。
【００４３】
なお、フィルタ１７の温度を上昇させる場合、本実施形態では、燃料供給装置１８から排気ガス中に燃料が供給される。燃料供給装置１８から供給された燃料は未燃ＨＣの形でフィルタ１７に流入する。フィルタ１７に流入した未燃ＨＣはフィルタ１７において過剰酸素により酸化され、このとき発生する酸化反応熱によってフィルタ１７の温度が上昇せしめられる。
【００４４】
ところで、上述したようにＳＯXトラップ触媒１３の回復処理はＳＯXトラップ率が予め定められた率よりも低下したときに行われ、一方、フィルタ１７の再生処理はフィルタ１７上に堆積した粒子状物質の量が許容量を超えたときに行われる。このため、通常、これら処理は別々のタイミングで行われることになる。
【００４５】
ところが、これらいずれの処理においてもフィルタ１７又はＳＯXトラップ触媒１３の温度を上昇させることが必要であり、温度を上昇させるにあたっては燃料が消費されることになる。
【００４６】
ここで、ＳＯXトラップ触媒１３の温度を上昇させた場合にはＳＯXトラップ触媒１３から排出される排気ガスの温度が上昇せしめられることになるため、ＳＯXトラップ触媒１３の排気下流側に配置されたフィルタ１７の温度も上昇せしめられる。この場合、ＳＯXトラップ触媒１３からフィルタ１７まで排気ガスが流れる間に排気ガスの温度が低下すること等を考えると、フィルタ１７の温度は粒子状物質燃焼開始温度にまでは上昇しないが、燃料供給装置１８から微量の燃料を排気ガス中に供給すればフィルタ１７の温度を粒子状物質燃焼開始温度にまで上昇させることができる。すなわち、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理とフィルタ１７の再生処理を同時に行うことにより、これら処理を別々に行った場合に比べて、昇温に用いられる燃料の量を抑制することができる。
【００４７】
また、本実施形態のように、ＳＯXトラップ触媒１３よりも排気下流側に設けられた燃料供給装置１８から燃料を供給することによりフィルタ１７の温度を上昇させる場合、燃料中の硫黄成分はＳＯXトラップ触媒１３に捕獲されることなく、直接ＮＯX吸蔵触媒１６及びフィルタ１７に流入することになる。このため、微量ではあるが、フィルタ１７の温度を上昇させる毎にＮＯX吸蔵触媒１６にＳＯXが吸蔵されてしまう。
【００４８】
これに対して、上述したように、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理とフィルタ１７の再生処理とを同時に行うことにより、フィルタ１７の温度を粒子状物質燃料開始温度にまで上昇させるのに燃料供給装置１８から供給すべき燃料を減少させることができる。このため、フィルタ１７の再生処理を行うにあたってＮＯX吸蔵触媒１６に吸蔵されるＳＯXが減少せしめられる。
【００４９】
次に、図８〜図１２を参照して本実施形態の各種制御について具体的に説明する。まず、フィルタ１７の再生制御について説明する。フィルタ１７の再生処理は、上述したように、フィルタ１７への粒子状物質の堆積量が許容量を超えたときに行われる。本実施形態では、差圧センサ４５により検出されるフィルタ１７の前後差圧に基づいてフィルタ１７への粒子状物質の堆積量が推定される。すなわち、フィルタ１７への粒子状物質の堆積量の許容量を超えた場合にはフィルタ１７の前後差圧がこの許容量に対応する許容値よりも高くなるため、フィルタ１７の前後差圧が許容値以下の場合にはフィルタ１７の再生処理を実行せず、フィルタ１７の前後差圧が許容値よりも高くなった場合にフィルタ１７の再生処理を実行する。
【００５０】
一方、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理は、基本的にＳＯXトラップ触媒１３のＳＯX捕獲量が予め定められた捕獲量以上となったときに行われる。すなわち、ＳＯXトラップ触媒１３のＳＯX捕獲量が予め定められた量を超えたときにＳＯXトラップ率が予め定められた率よりも低下したと判断され、このときＳＯXトラップ率を回復するために排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯXトラップ触媒１３の温度を上昇させてＳＯXトラップ触媒１３の回復処理を行うようにしている。そこで、まずＳＯXトラップ触媒１３のＳＯX捕獲量の算出方法について説明する。
【００５１】
燃料中には或る割合でイオウが含まれており、従って排気ガス中に含まれるＳＯX量、すなわちＳＯXトラップ触媒１３に捕獲されるＳＯX量は燃料噴射量に比例する。燃料噴射量は要求トルクおよび機関回転数の関数であり、従ってＳＯXトラップ触媒１３に捕獲されるＳＯX量も要求トルクおよび機関回転数の関数となる。本実施形態ではＳＯXトラップ触媒１３に単位時間当り捕獲されるＳＯX量ＳＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図８（Ａ）に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００５２】
また、潤滑油内にも或る割合でイオウが含まれており、燃焼室２内で燃焼せしめられる潤滑油量、すなわち排気ガス中に含まれていてＳＯXトラップ触媒１３に捕獲されるＳＯX量も要求トルクおよび機関回転数の関数となる。本実施形態では潤滑油に含まれていてＳＯXトラップ触媒１３に単位時間当り捕獲されるＳＯX量ＳＯＸＢが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図８（Ｂ）に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、ＳＯX量ＳＯＸＡおよびＳＯX量ＳＯＸＢの和を積算することによってＳＯXトラップ触媒１３のＳＯX捕獲量ΣＳＯＸが算出される（ΣＳＯＸ＝ΣＳＯＸＡ＋ΣＳＯＸＢ）。
【００５３】
次に、予め定められた捕獲量ＳＯ（ｎ）について説明する。本実施形態では図８（Ｃ）に示されるようにＳＯX量ΣＳＯＸと、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理をすべきときの予め定められたＳＯX量ＳＯ（ｎ）との関係が予め記憶されており、ＳＯX量ΣＳＯＸが予め定められたＳＯ（ｎ）（ｎ＝１，２，３，…）を越えたときにＳＯXトラップ触媒１３の回復処理が行われる。なお、図８（Ｃ）においてはｎは何回目の回復処理であるかを示している。図８（Ｃ）からわかるようにＳＯXトラップ率を回復するための回復処理回数ｎが増大するにつれて予め定められた量ＳＯ（ｎ）が増大せしめられ、この予め定められた量ＳＯ（ｎ）の増大割合は処理回数ｎが増大するほど減少する。すなわち、ＳＯ（２）に対するＳＯ（３）の増大割合はＳＯ（１）に対するＳＯ（２）の増大割合よりも減少する。
【００５４】
上述したように、本実施形態では、ＳＯXトラップ触媒１３のＳＯX捕獲量ΣＳＯＸが予め定められた捕獲量ＳＯ（ｎ）以上となったときにＳＯXトラップ触媒１３の回復処理が行われるが、予め定められた捕獲量ＳＯ（ｎ）以上となった直後に行われるわけではない。すなわち、ＳＯX捕獲量ΣＳＯＸが予め定められた捕獲量ＳＯ（ｎ）以上となった後、フィルタ１７の再生処理が開始されたときにＳＯXトラップ触媒１３の回復処理も開始される。逆に言うと、ＳＯX捕獲量ΣＳＯＸが予め定められた捕獲量ＳＯ（ｎ）以上となっても、フィルタ１７の再生処理が開始されるまでＳＯXトラップ触媒１３の回復処理が待機される。
【００５５】
このように、フィルタ１７の再生処理とＳＯXトラップ触媒１３の回復処理が同時に行われる場合、上流側燃料供給装置２６からはＳＯXトラップ触媒１３の温度を回復温度以上にするのに必要な量の燃料が供給され、下流側燃料供給装置１８からはフィルタ１７の温度を粒子状物質酸化開始温度以上にまで上昇させるのに必要な量の燃料が供給される。ただし、下流側燃料供給装置１８からの供給燃料量は、フィルタ１７の再生処理とＳＯXトラップ触媒１３の回復処理を同時に行わない場合に比べて少なくされる。
【００５６】
フィルタ１７の再生処理期間、すなわちフィルタ１７の温度を粒子状物質酸化開始温度以上にまで上昇させている期間は、フィルタ１７への粒子状物質の堆積量やフィルタ１７の使用期間等に応じて算出される。例えば、フィルタ１７への粒子状物質の堆積量が多いほど、粒子状物質を完全に酸化除去する必要な時間が長くなるため、再生処理期間が長くなり、また、フィルタ１７の使用期間が長くなるほど、フィルタ１７での白金Ｐｔ等の酸化能力が低下して粒子状物質の酸化除去に時間がかかるため、再生処理期間が長くなる。
【００５７】
一方、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理期間、すなわちＳＯXトラップ触媒１３の温度を回復温度以上にまで上昇させている期間は、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理の回数やＳＯXトラップ触媒１３のＳＯX捕獲量、コート層５１を構成する成分等に応じて算出される。
【００５８】
このように、フィルタ１７の再生処理期間、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理期間共に状況に応じて変化するため、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理期間の方がフィルタ１７の再生処理期間よりも長い場合もあれば、フィルタ１７の再生処理期間の方がＳＯXトラップ触媒１３の回復処理期間よりも長い場合もある。ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理期間の方がフィルタ１７の再生処理期間よりも長い場合には、図９（Ａ）に示したように、フィルタ１７の再生処理終了後、下流側燃料供給装置１８からの燃料供給が停止され、上流側燃料供給装置２６からの燃料供給はそのまま維持される。
【００５９】
一方、フィルタ１７の再生処理期間の方がＳＯXトラップ触媒１３の回復処理期間よりも長い場合、図９（Ｂ）に示したように、上流側燃料供給装置２６からの燃料供給が停止され、下流側燃料供給装置１８からの燃料供給量が増大せしめられる。これは、ＳＯXトラップ触媒１３の昇温処理（回復処理）の終了により、ＳＯXトラップ触媒１３から流出する排気ガスの温度が低下し、よってフィルタ１７に流入する排気ガスの温度が低下するため、この排気ガスの温度の低下分だけ下流側燃料供給装置１８からの燃料供給量を増大させたものである。
【００６０】
ところで、上記説明では、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理は、ＳＯXトラップ触媒１３の温度を回復温度以上にまで上昇させると説明したが、より正確には、ＳＯXトラップ触媒１３のＳＯXトラップ率を回復させるためにはＳＯXトラップ触媒１３の温度を回復処理下限温度と回復処理上限温度との間の温度にまで昇温する必要がある。ここで、回復処理下限温度はＳＯXトラップ触媒１３のコート層５１を構成する成分の融点であり、図１０に示したようにＳＯXトラップ触媒１３のＳＯX捕獲量が増大すると回復処理下限温度も上昇する。
【００６１】
一方、回復処理上限温度は、これ以上ＳＯXトラップ触媒１３の温度を上昇させると、ＳＯXトラップ触媒１３を流れる排気ガスの空燃比に関わらず、ＳＯXトラップ触媒１３からＳＯXが放出されてしまうような温度である。図１０に示したように、ＳＯXトラップ触媒１３のＳＯX捕獲量が増大すると回復処理上限温度は低下する。なお、ＳＯXトラップ触媒１３のコート層５１を構成する成分によっては、ＳＯXトラップ触媒１３の温度を上昇させるとＳＯXトラップ触媒１３からＳＯXが放出されてしまうよりも先にコート層５１を構成する成分自体が蒸散してしまう場合がある。この場合、このような蒸散が生じない限界の温度が回復処理上限温度となる。
【００６２】
このように、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理を行うにあたっては、回復処理下限温度と回復処理上限温度とが存在するため、これらの間の温度で昇温処理を行う必要があるが、回復処理中におけるＳＯXトラップ触媒１３の温度が高いほどＳＯXトラップ率を迅速に回復させることができると共に回復処理後の捕獲可能なＳＯX量を増大させることができる。したがって、本実施形態では、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理を行う場合には、回復処理上限温度付近の温度までＳＯXトラップ触媒１３の温度を上昇させることとしている。したがって、本実施形態では、ＳＯXトラップ触媒１３のＳＯX捕獲量に応じて回復処理におけるＳＯXトラップ触媒１３の温度を変更することとしている。
【００６３】
なお、上記実施形態では、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理を行う場合に、回復処理上限温度付近までＳＯXトラップ触媒１３を昇温させているが、必ずしもそこまで昇温させなくてもよい。例えば、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理時に、ＳＯXトラップ触媒１３の温度を回復処理上限温度と回復処理下限温度との中間の温度に維持するようにしてもよい。この場合、ＳＯX捕獲量に応じて回復処理時のＳＯXトラップ触媒１３の目標温度を変更する必要がない。
【００６４】
次に、図１１及び図１２を参照してＳＯXトラップ触媒１３の回復処理及びフィルタ１７の再生処理を実行する回復・再生制御の制御ルーチンについて説明する。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
【００６５】
図１１、１２を参照すると、まず初めにステップＳ１０において、回復・再生処理フラグＸが１となっているか否かが判定される。回復・再生処理フラグＸは、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理及びフィルタ１７の再生処理が実行されているときには１とされ、それ以外のときには０とされるフラグである。回復・再生処理が実行されていないと判定されたときにはステップＳ１１へと進む。ステップＳ１１では、差圧センサ４５によってフィルタ１７の前後差圧ΔＰが検出される。次いで、ステップＳ１２では、上述したように要求トルクＴＱ、機関回転数Ｎ等に基づいてＳＯX捕獲量ΣＳＯＸが算出される。
【００６６】
次いで、ステップＳ１３、Ｓ１４において、フィルタ１７の再生処理実行条件が成立しているか否か、例えばフィルタ１７の前後差圧ΔＰが許容値ＰＸよりも大きいか否か、及びＳＯXトラップ触媒１３の回復処理実行条件が成立しているか否か、例えばＳＯX捕獲量ΣＳＯＸが予め定められた捕獲量以上となっているか否かが判定される。ステップＳ１３、Ｓ１４において、フィルタ１７の再生処理実行条件が成立していないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられ、フィルタ１７の再生処理及びＳＯXトラップ触媒１３の回復処理は実行されない。
【００６７】
一方、ステップＳ１３、１４において、フィルタ１７の再生処理実行条件は成立しているがＳＯXトラップ触媒１３の回復処理実行条件は成立していないと判定された場合、ステップＳ１５へと進む。ステップＳ１５では、下流側燃料供給装置１８から供給すべき燃料量が算出され、次いで、ステップＳ１６ではステップＳ１５で算出された燃料供給量だけ下流側燃料供給装置１８から燃料供給が行われる。これにより、フィルタ１７の温度が昇温せしめられ、フィルタ１７の再生処理が行われる。
【００６８】
また、ステップＳ１３、Ｓ１４において、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理実行条件が成立している場合であっても、フィルタ１７の再生処理実行条件が成立していない場合には制御ルーチンが終了せしめられ、フィルタ１７の再生処理実行条件が成立するまでＳＯXトラップ触媒１３の回復処理が待機せしめられる。その後、フィルタ１７の再生処理実行条件が成立し、フィルタ１７の再生処理実行条件及びＳＯXトラップ触媒１３の回復処理実行条件の両条件が成立していると判定された場合、ステップＳ１７へと進む。ステップＳ１７では、回復・再生処理フラグＸが１とされる。次いで、ステップＳ１８では、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理を実行する場合のＳＯXトラップ触媒１３の目標温度が算出される。この目標温度は、例えば、図１０に示したようなマップに基づいて算出される。
【００６９】
次いで、ステップＳ１９において上流側燃料供給装置２６から供給すべき燃料量が算出される。上流側燃料供給装置２６から供給すべき燃料量は、ステップＳ１８において算出された目標温度と、温度センサ４３によって検出されたＳＯXトラップ触媒１３の温度とに基づいて算出される。次いで、ステップＳ２０では、下流側燃料供給装置１８から供給すべき燃料量が算出される。下流側燃料供給装置２６から供給すべき燃料量は、ステップＳ１９において算出された上流側燃料供給装置２６からの燃料供給量と、フィルタ１７の目標温度（例えば、フィルタ１７の粒子状物質酸化開始温度）と、温度センサ４４によって検出されたフィルタ１７の温度とに基づいて算出される。次いで、ステップＳ２１において、ステップＳ１９及びステップＳ２０において算出された燃料供給量だけ両燃料供給装置１８、２６から燃料の供給が行われ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００７０】
次の制御ルーチンでは、ステップＳ１０において、回復・再生処理フラグＸが１となっていると判定され、ステップＳ２２、Ｓ２３、Ｓ２４へと進む。ステップＳ２２〜Ｓ２４では、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理終了条件が成立しているか否か、例えば、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理開始から所定時間が経過しているか否か、及びフィルタ１７の回復処理終了条件が成立しているか否か、例えば差圧センサ４５によって検出されたフィルタ１７の前後差圧が所定値以下となっているか否かが判定される。
【００７１】
ステップＳ２２〜Ｓ２４において、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理終了条件が成立しておらず且つフィルタ１７の再生処理終了条件が成立していないと判定された場合には、ステップＳ１９へと進み、両燃料供給装置１８、２６から燃料供給が行われる。一方、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理終了条件は成立していないがフィルタ１７の再生処理終了条件は成立していると判定された場合には、ステップＳ２５へと進む。ステップＳ２５では、下流側燃料供給装置１８からの燃料供給が終了せしめられる。次いで、ステップＳ２６において、ステップＳ１９と同様にステップＳ１８で算出された目標温度と、温度センサ４３によって検出されたＳＯXトラップ触媒１３の温度とに基づいて上流側燃料供給装置２６から供給すべき燃料量が算出される。次いで、ステップＳ２７において、ステップＳ２６で算出された燃料供給量だけ上流側燃料供給装置２６から燃料が供給せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００７２】
逆に、ステップＳ２２〜Ｓ２４において、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理終了条件は成立しているが、フィルタ１７の再生処理終了条件は成立していないと判定された場合には、ステップＳ２８へと進む。ステップＳ２８では、上流側燃料供給装置２６からの燃料供給が終了せしめられる。次いで、ステップＳ２９において、下流側燃料供給装置２６から供給すべき燃料量が算出される。ステップＳ２９では、ステップＳ２０とは異なり、下流側燃料供給装置２６から供給すべき燃料量は、フィルタ１７の目標温度と、温度センサ４４によって検出されたフィルタ１７の温度とのみに基づいて算出される。次いで、ステップＳ３０において、ステップＳ２９で算出された燃料供給量だけ下流側燃料供給装置１８から燃料が供給せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００７３】
ステップＳ２２〜Ｓ２４において、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理終了条件及びフィルタ１７の再生処理終了条件はいずれも成立していると判定された場合には、ステップＳ３１へと進む。ステップＳ３１では、両燃料供給装置１８、２６からの燃料供給が終了せしめられる。次いで、ステップＳ３２では、回復・再生処理フラグＸが０とされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００７４】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。上記実施形態では、フィルタ１７の再生処理期間の方がＳＯXトラップ触媒１３の回復処理期間よりも長い場合、図９（Ｂ）に示したように、上流側燃料供給装置２６からの燃料供給が停止され、下流側燃料供給装置１８からの燃料供給量が増大せしめられる。これに対して、本実施形態では、フィルタ１７の再生処理期間の方がＳＯXトラップ触媒１３の回復処理期間よりも長い場合、図９（Ｃ）に示したように、上流側燃料供給装置２６からの燃料供給を停止せずに継続し、下流側燃料供給装置１８からの燃料供給量をそのまま維持するようにしている。これにより、下流側燃料供給装置１８から供給される燃料量、すなわちＳＯXトラップ触媒１３を経由せずにＮＯX吸蔵触媒１６に流入する燃料量が減少し、下流側燃料供給装置１８から供給される燃料中の硫黄成分によるＮＯX吸蔵触媒１６の硫黄被毒が抑制される。
【００７５】
図１３、１４は、第二実施形態におけるＳＯXトラップ触媒１３の回復処理及びフィルタ１７の再生処理を実行する回復・再生制御の制御ルーチンのフローチャートである。図１３、１４におけるステップＳ１０〜Ｓ２７、Ｓ３１、Ｓ３２は、それぞれ図１１、１２におけるステップＳ４０〜Ｓ５７、Ｓ６１、Ｓ６２と同様であるため、説明を省略する。
【００７６】
ステップＳ５２〜Ｓ５４において、ＳＯXトラップ触媒１３の回復処理終了条件は成立しているが、フィルタ１７の再生処理終了条件は成立していないと判定された場合には、ステップＳ５８へと進む。ステップＳ５８では、ステップＳ４９（ステップＳ１９）と同様に上流側燃料供給装置２６からの燃料供給が終了せしめられる。次いで、ステップＳ５９において、ステップＳ５０（ステップＳ２０）と同様に、下流側燃料供給装置２６から供給すべき燃料量が算出される。次いで、ステップＳ６０において、ステップＳ５８、Ｓ５９で算出された燃料供給量だけ両燃料供給装置１８、２６から燃料が供給せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】圧縮自着火式内燃機関の全体図である。
【図２】圧縮自着火式内燃機関の別の例を示す全体図である。
【図３】圧縮自着火式内燃機関の更に別の例を示す全体図である。
【図４】パティキュレートフィルタの構造を示す図である。
【図５】ＳＯXトラップ触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。
【図６】ＳＯXトラップ率を示す図である。
【図７】ＳＯXトラップ触媒の回復制御を説明するための図である。
【図８】ＳＯX捕獲量ΣＳＯＸと、昇温制御を行うべき吸蔵ＳＯX量ＳＯ（ｎ）との関係等を示す図である。
【図９】両燃料供給装置からの燃料供給量の推移を示す図である。
【図１０】ＳＯX捕獲量と回復処理可能なＳＯXトラップ触媒の温度との関係を示す図である。
【図１１】第一実施形態における回復・再生制御の制御ルーチンのフローチャートの一部である。
【図１２】第一実施形態における回復・再生制御の制御ルーチンのフローチャートの一部である。
【図１３】第二実施形態における回復・再生制御の制御ルーチンのフローチャートの一部である。
【図１４】第二実施形態における回復・再生制御の制御ルーチンのフローチャートの一部である。
【符号の説明】
【００７８】
４ 吸気マニホルド
５ 排気マニホルド
７ 排気ターボチャージャ
１２ 酸化触媒
１３ ＳＯXトラップ触媒
１６ ＮＯX吸蔵触媒
１７ パティキュレートフィルタ
１８ 下流側燃料供給装置
２６ 上流側燃料供給装置
４３、４４ 温度センサ
４５ 差圧センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に配置されると共に排気ガス中に含まれるＳＯXを捕獲するＳＯXトラップ触媒と、該ＳＯXトラップ触媒の排気下流側に配置されると共に排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタとを具備し、
上記ＳＯXトラップ触媒は、ＳＯXトラップ触媒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ＳＯXを捕獲し、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯXトラップ触媒の温度を回復開始温度以上に上昇させると、捕獲したＳＯXがＳＯXトラップ触媒の内部に拡散してＳＯXトラップ触媒のＳＯXトラップ能力が回復する性質を有し、
ＳＯXトラップ触媒のＳＯXトラップ能力を回復させるべくＳＯXトラップ触媒の温度を回復開始温度以上にまで上昇させるＳＯXトラップ回復処理と、
パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集能力を回復させるべくパティキュレートフィルタを昇温してパティキュレートフィルタ上に堆積した粒子状物質を酸化除去するフィルタ再生処理とを実行可能であり、
ＳＯX回復処理はフィルタ再生処理の実行時に行うようにした、圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記パティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量を推定する粒子状物質堆積量推定手段と、上記ＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲量を推定するＳＯX捕獲量推定手段とを具備し、上記フィルタ再生処理はパティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量が許容量を越えたときに実行され、上記ＳＯXトラップ回復処理はＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲量が予め定められた量以上であって上記フィルタ再生処理が実行されているときに行われ、ＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲量が予め定められた量以上であっても上記フィルタ再生処理が実行されていないときには行われない、請求項１に記載の圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記ＳＯXトラップ回復処理とフィルタ再生処理とが同時に行われた後にＳＯXトラップ回復処理が先に終了した場合には、ＳＯXトラップ触媒の昇温を停止して下流側燃料添加装置のみから燃料添加を行う、請求項１又は２に記載の圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記ＳＯXトラップ回復処理とフィルタ再生処理とが同時に行われた後にＳＯXトラップ回復処理が先に終了した場合には、フィルタ再生処理が終了するまでＳＯXトラップ触媒の昇温を維持する、請求項１又は２に記載の圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記ＳＯXトラップ触媒は、ＳＯXトラップ触媒の温度が上記回復開始温度よりも高いＳＯX放出限界温度よりも高くなると、捕獲したＳＯXを放出する性質を有し、
上記ＳＯXトラップ回復処理を行うときには、ＳＯXトラップ触媒の昇温目標温度が上記ＳＯX放出限界温度とほぼ同一の上限温度とされる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
上記上限温度は、ＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲量が増大すると低下せしめられる、請求項５に記載の圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
上記ＳＯXトラップ回復処理を行うときには、ＳＯXトラップ触媒を構成する物質の蒸散開始温度以下の温度まで上昇せしめられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１】
機関排気通路内に配置されると共に排気ガス中に含まれるＳＯXを捕獲するＳＯXトラップ触媒と、該ＳＯXトラップ触媒の排気下流側に配置されると共に排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタとを具備し、
上記ＳＯXトラップ触媒は、ＳＯXトラップ触媒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ＳＯXを捕獲し、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯXトラップ触媒の温度を回復開始温度以上に上昇させると、捕獲したＳＯXがＳＯXトラップ触媒の内部に拡散してＳＯXトラップ触媒のＳＯXトラップ能力が回復する性質を有し、
ＳＯXトラップ触媒のＳＯXトラップ能力を回復させるべくＳＯXトラップ触媒の温度を回復開始温度以上にまで上昇させるＳＯXトラップ回復処理と、
パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集能力を回復させるべくパティキュレートフィルタを昇温してパティキュレートフィルタ上に堆積した粒子状物質を酸化除去するフィルタ再生処理とを実行可能であり、
ＳＯX回復処理はフィルタ再生処理の実行時に行うようにした、圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記パティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量を推定する粒子状物質堆積量推定手段と、上記ＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲量を推定するＳＯX捕獲量推定手段とを具備し、上記フィルタ再生処理はパティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量が許容量を越えたときに実行され、上記ＳＯXトラップ回復処理はＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲量が予め定められた量以上であって上記フィルタ再生処理が実行されているときに行われ、ＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲量が予め定められた量以上であっても上記フィルタ再生処理が実行されていないときには行われない、請求項１に記載の圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記ＳＯXトラップ回復処理とフィルタ再生処理とが同時に行われた後にＳＯXトラップ回復処理が先に終了した場合には、ＳＯXトラップ触媒の昇温を停止して下流側燃料添加装置のみから燃料添加を行う、請求項１又は２に記載の圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記ＳＯXトラップ回復処理とフィルタ再生処理とが同時に行われた後にＳＯXトラップ回復処理が先に終了した場合には、フィルタ再生処理が終了するまでＳＯXトラップ触媒の昇温を維持する、請求項１又は２に記載の圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記ＳＯXトラップ触媒は、ＳＯXトラップ触媒の温度が上記回復開始温度よりも高いＳＯX放出限界温度よりも高くなると、捕獲したＳＯXを放出する性質を有し、
上記ＳＯXトラップ回復処理を行うときには、ＳＯXトラップ触媒の昇温目標温度が上記ＳＯX放出限界温度とほぼ同一の上限温度とされる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
上記上限温度は、ＳＯXトラップ触媒のＳＯX捕獲量が増大すると低下せしめられる、請求項５に記載の圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
上記ＳＯXトラップ回復処理を行うときには、ＳＯXトラップ触媒を構成する物質の蒸散開始温度以下の温度まで上昇せしめられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮自着火式内燃機関の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−２９９５７２（Ｐ２００９−２９９５７２Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５４５６１（Ｐ２００８−１５４５６１）
【出願日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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