JP4613961B2 - 内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法に関する。

内燃機関に使用される燃料および潤滑油内にはイオウが含まれており、従って排気ガス中にはＳＯ_Ｘが含まれている。ところがこのＳＯ_Ｘは機関排気通路内に配置された排気ガス浄化用触媒等の後処理装置の性能や耐久性を大巾に低下させる働きがあり、従って排気ガス中のＳＯ_Ｘは除去することが好ましい。
そこで機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＳＯ_Ｘを捕獲しうるＳＯ_Ｘトラップ触媒を配置した内燃機関が公知である（特開２００５−１３３６１０号公報参照）。このＳＯ_Ｘトラップ触媒は、ＳＯ_Ｘ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ＳＯ_Ｘを捕獲し、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度が上昇すると捕獲したＳＯ_Ｘが次第にＮＯ_Ｘトラップ触媒の内部に拡散し、その結果ＳＯ_Ｘトラップ率が回復されるという性質を有する。そこでこの内燃機関ではＳＯ_Ｘトラップ触媒によるＳＯ_Ｘトラップ率を推定する推定手段を具備しており、ＳＯ_Ｘ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ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度を上昇させ、それによってＳＯ_Ｘトラップ率を回復させるようにしている。
ところがこのようなＳＯ_Ｘトラップ触媒について本発明者が研究を重ねた結果、ＳＯ_Ｘトラップ率を回復し得る新たな方法を見い出し、この方法を用いるとＳＯ_Ｘトラップ率を更に良好に回復しうることが判明したのである。

本発明の目的はこの新たな方法を用いてＳＯ_Ｘトラップ率を良好に回復しうるようにした内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法を提供することにある。
本発明によれば、機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＳＯ_Ｘを捕獲しうるＳＯ_Ｘトラップ触媒を配置した内燃機関において、ＳＯ_Ｘトラップ触媒内にはアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少くとも一方が分散して担持されており、機関運転中にＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度をアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少くとも一方の硝酸塩が溶融状態となる温度に保持することにより、ＳＯ_Ｘトラップ触媒内の硝酸塩がＳＯ_Ｘトラップ触媒表面に移動して凝集する硝酸塩移動凝集作用が促進され、硝酸塩移動凝集作用によりＳＯ_Ｘトラップ率の回復を図りつつＳＯ_Ｘを除去するようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。
また、本発明によれば、機関排気通路内に配置されたＳＯ_Ｘトラップ触媒により排気ガス中に含まれるＳＯ_Ｘを除去するようにした排気浄化方法において、ＳＯ_Ｘトラップ触媒内にアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少くとも一方を分散して担持させ、機関運転中にＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度をアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少くとも一方の硝酸塩が溶融状態となる温度に保持することにより、ＳＯ_Ｘトラップ触媒内の硝酸塩がＳＯ_Ｘトラップ触媒表面に移動して凝集する硝酸塩移動凝集作用を促進させ、硝酸塩移動凝集作用によりＳＯ_Ｘトラップ率の回復を図りつつＳＯ_Ｘを除去するようにした内燃機関の排気浄化方法が提供される。

図１は圧縮着火式内燃機関の全体図、図２は圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図、図３は圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す全体図、図４はパティキュレートフィルタの構造を示す図、図５はＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の触媒担体の表面部分の断面図、図６はＳＯ_Ｘトラップ触媒の基材の表面部分の断面図、図７はＳＯ_Ｘトラップ率を示す図、図８は噴射時期を示す図、図９は基準ＳＯ_Ｘトラップ率を示す図、図１０はＳＯ_Ｘトラップ量ＳＯＸＡ，ＳＯＸＢのマップを示す図、図１１はＳＯ_Ｘトラップ率の減少量ＲＳ等を示す図、図１２はＳＯ_Ｘトラップ率の増大量ＩＳ等を示す図、図１３はＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１と、昇温制御を行うべき吸蔵ＳＯ_Ｘ量ＳＯ（ｎ）との関係等を示す図、図１４はＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１等の変化を示すタイムチャート、図１５はＳＯ_Ｘトラップ能力の回復処理の第１実施例を実行するためのフローチャート、図１６はＳＯ_Ｘトラップ能力の回復処理の第１実施例を実行するためのフローチャート、図１７はＳＯ_Ｘトラップ能力の回復処理を示すタイムチャート、図１８はＳＯ_Ｘトラップ能力の回復処理を示すタイムチャート、図１９はＳＯ_Ｘトラップ能力の回復処理の第２実施例を実行するためのフローチャート、図２０はパティキュレートフィルタの昇温制御を示すタイムチャート、図２１はＳＯ_Ｘ放出制御を示すタイムチャート、図２２は吸蔵ＮＯ_Ｘ量ＮＯＸＡのマップ等を示す図、図２３はＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に対する処理を実行するためのフローチャートである。

符号の説明

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
１１…ＳＯ_Ｘトラップ触媒
１２…パティキュレートフィルタ
１４…炭化水素供給弁

図１に圧縮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内に夫々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夫々示す。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に示される実施例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。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ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の入口に連結される。また、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の出口は排気管１３を介してパティキュレートフィルタ１２に連結される。排気管１３には排気管１３内を流れる排気ガス中に例えば炭化水素、例えば燃料を供給するための炭化水素供給弁１４が取付けられる。
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１５を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１５内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１６が配置される。また、ＥＧＲ通路１５周りにはＥＧＲ通路１５内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１７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１７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１８を介してコモンレール１９に連結される。このコモンレール１９内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２０から燃料が供給され、コモンレール１９内に供給された燃料は各燃料供給管１８を介して燃料噴射弁３に供給される。
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。ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１にはＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度を検出するための温度センサ２１が取付けられ、パティキュレートフィルタ１２にはパティキュレートフィルタ１２の温度を検出するための温度センサ２２が取付けられる。これら温度センサ２１，２２の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、パティキュレートフィルタ１２にはパティキュレートフィルタ１２の前後差圧を検出するための差圧センサ２３が取付けられており、この差圧センサ２３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。
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。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、炭化水素供給弁１４、ＥＧＲ制御弁１６および燃料ポンプ２０に接続される。
図２に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。この実施例では炭化水素供給弁１４が、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内に設けられている。
図３に圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す。この実施例では排気管１３内にＳＯ_Ｘトラップ触媒１１から流出した排気ガス中のＳＯ_Ｘ濃度を検出するためのＳＯ_Ｘセンサ２４が配置されている。
次に図４（Ａ）および（Ｂ）を参照しつつパティキュレートフィルタ１２の構造について説明する。図４（Ａ）はパティキュレートフィルタ１２の正面図を示しており、図４（Ｂ）はパティキュレートフィルタ１２の側面断面図を示している。図４（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ１２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。
パティキュレートフィルタ１２は例えばコージ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。このとき排気ガス中に含まれるパティキュレートが隔壁６４上に捕集される。捕集された一部のパティキュレートは隔壁６４上で酸化燃焼せしめられ、残りのパティキュレートは隔壁６４上に堆積する。
隔壁６４上に堆積したパティキュレートはパティキュレートフィルタ１２を昇温させることによって時折燃焼除去され、それによってパティキュレートフィルタ１２が再生される。本発明による一実施例ではパティキュレートフィルタ１２の再生時に堆積したパティキュレートを容易に燃焼除去するためにパティキュレートフィルタ１２上に酸化促進用触媒が担持されている。
また、本発明による別の実施例ではパティキュレートフィルタ１２に流入する排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘを処理するためにパティキュレートフィルタ１２上にＮＯ_Ｘ吸蔵触媒が担持されている。次にこのようにＮＯ_Ｘ吸蔵触媒をパティキュレートフィルタ１２上に担持させた場合について説明する。
ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒をパティキュレートフィルタ１２上に担持させるようにした場合には、各排気ガス流入通路６０および各排気ガス流出通路６１の周壁面、即ち各隔壁６４の両側表面上および隔壁６４内の細孔内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４５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４５の表面上には貴金属触媒４６が分散して担持されており、更に触媒担体４５の表面上にはＮＯ_Ｘ吸収剤４７の層が形成されている。図５に示される例ではＮＯ_Ｘ吸蔵触媒は触媒担体４５と、貴金属触媒４６と、ＮＯ_Ｘ吸収剤４７から形成されている。
さて、図５に示される例では貴金属触媒４６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯ_Ｘ吸収剤４７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。
機関吸気通路、燃焼室２およびパティキュレートフィルタ１２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、ＮＯ_Ｘ吸収剤４７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_Ｘを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘの吸放出作用を行う。
即ち、ＮＯ_Ｘ吸収剤４７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図５に示されるように白金Ｐｔ４６上において酸化されてＮＯ_２となり、次いでＮＯ_Ｘ吸収剤４７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吸収剤４７内に拡散する。このようにしてＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸収剤４７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ４６の表面でＮＯ_２が生成され、ＮＯ_Ｘ吸収剤４７のＮＯ_Ｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ_２がＮＯ_Ｘ吸収剤４７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ_３ ⁻が生成される。
これに対し、炭化水素供給弁１４から炭化水素を供給することによって排気ガスの空燃比をリッチ或いは理論空燃比にすると排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くしてＮＯ_Ｘ吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形でＮＯ_Ｘ吸収剤４７から放出される。次いで放出されたＮＯ_Ｘは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。
このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸収剤４７内に吸収される。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ＮＯ_Ｘ吸収剤４７のＮＯ_Ｘ吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯ_Ｘ吸収剤４７によりＮＯ_Ｘを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による一実施例ではＮＯ_Ｘ吸収剤４７の吸収能力が飽和する前に炭化水素供給弁１４から炭化水素を供給することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯ_Ｘ吸収剤４７からＮＯ_Ｘを放出させるようにしている。
ところで排気ガス中にはＳＯ_Ｘ、即ちＳＯ_２が含まれており、このＳＯ_２がＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に流入するとこのＳＯ_２は白金Ｐｔ４６において酸化されてＳＯ_３となる。次いでこのＳＯ_３はＮＯ_Ｘ吸収剤４７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 ^２−の形でＮＯ_Ｘ吸収剤４７内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ_４を生成する。しかしながらＮＯ_Ｘ吸収剤４７が強い塩基性を有するためにこの硫酸塩ＢａＳＯ_４は安定していて分解しづらく、排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ_４は分解されずにそのまま残る。従ってＮＯ_Ｘ吸収剤４７内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ_４が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれてＮＯ_Ｘ吸収剤４７が吸収しうるＮＯ_Ｘ量が低下することになる。即ち、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒がイオウ被毒を生ずることになる。
ところでこの場合、パティキュレートフィルタ１２の温度、即ちＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度を６００℃以上のＳＯ_Ｘ放出温度まで上昇させた状態でパティキュレートフィルタ１２に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯ_Ｘ吸収剤４７からＳＯ_Ｘが放出される。ただし、この場合ＮＯ_Ｘ吸収剤４７からは少しずつしかＳＯ_Ｘが放出されない。従ってＮＯ_Ｘ吸収剤４７から全ての吸収ＳＯ_Ｘを放出させるには長時間に亘って空燃比をリッチにしなければならず、斯くして多量の炭化水素が必要になるという問題がある。また、ＮＯ_Ｘ吸収剤４７から放出されたＳＯ_Ｘ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。
そこで本発明ではＮＯ_Ｘ吸蔵触媒を担持したパティキュレートフィルタ１２の上流にＳＯ_Ｘトラップ触媒１１を配置してこのＳＯ_Ｘトラップ触媒１１により排気ガス中に含まれるＳＯ_Ｘを捕獲し、それによってＮＯ_Ｘ吸蔵触媒にＳＯ_Ｘが送り込まれないようにしている。即ち、パティキュレートフィルタ１２の上流にＳＯ_Ｘトラップ触媒１１を配置することによってＮＯ_Ｘ吸蔵触媒がイオウ被毒を生じないようにしている。
また、このようなイオウ被毒は、堆積したパティキュレートを容易に燃焼除去するためにパティキュレートフィルタ１２上に酸化促進用触媒を担持させるようにした前述の実施例においても生ずる。即ち、この場合にもＳＯ_Ｘがパティキュレートフィルタ１２に流入すると酸化促進用触媒がイオウ被毒を生じ、その結果堆積したパティキュレートを容易に燃焼除去しえなくなる。従ってこの実施例においてもパティキュレートフィルタ１２の上流にＳＯ_Ｘトラップ触媒１１を配置することによって酸化促進用触媒がイオウ被毒を生じるのを阻止することができる。
その他にもイオウ被毒を生ずる選択還元触媒、ＨＣ吸着剤等の種々の後処理装置が知られており、これら後処理装置についても後処理装置の上流にＳＯ_Ｘトラップ触媒１１を配置することによって後処理装置がイオウ被毒を生ずるのを阻止することができる。
次にこのＳＯ_Ｘトラップ触媒１１について説明する。このＳＯ_Ｘトラップ触媒１１は例えばハニカム構造のモノリス触媒からなり、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１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ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１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は、即ち基材上には例えばアルミナからなる微粒子状触媒担体の集合体であるコート層が形成されている。図６（Ａ）は基材５０の表面上に形成されたコート層５１の断面を図解的に示している。図６（Ａ）に示されるようにこのコート層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。
本発明による実施例では貴金属触媒５２として白金が用いられており、コート層５１内には触媒担体上に担持されている触媒が黒い点で示されるように一様に分散されている。本発明ではコート層５１内において一様に分散されている触媒はアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少くとも一方からなる。本発明による実施例ではアルカリ金属のうちの特にリチウムＬｉ、ナトリウムＮａ、カリウムＫおよびアルカリ土類金属のうちの特にカルシウムＣａ、マグネシウムＭｇから選ばれた少なくとも一つが用いられている。
次に本発明者による研究によって明らかになったＳＯ_Ｘトラップ触媒１１内におけるＳＯ_Ｘのトラップメカニズムについて説明する。なお、以下アルカリ金属であるカリウムＫを用いた場合を例にとってＳＯ_Ｘのトラップメカニズムについて説明するが他のアルカリ金属およびアルカリ土類金属を用いた場合でも同様のトラップメカニズムとなる。
図６（Ａ）は新品のときのＳＯ_Ｘトラップ触媒１１を示しており、このときにはコート層５１内にカリウムＫが均一に分散されている。また、このときにはコート層５１内のカリウムＫは大気中のＣＯ_２と結びついて炭酸塩Ｋ_２ＣＯ_３の形をとっている。機関が運転されると排気ガス中に多量に含まれるＮＯが白金Ｐｔ５２において酸化され、次いで塩基性を呈しているコート層５１内に取込まれて硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形でコート層５１内に拡散する。この硝酸イオンＮＯ_３ ⁻は炭酸イオンＣＯ_３ ⁻よりも酸性が強く、従ってカリウムＫに結合している炭酸イオンＣＯ_３ ⁻が硝酸イオンＮＯ_３ ⁻に置き換わるためにコート５１内には硝酸塩ＫＮＯ_３が生成される。
一方、機関が運転されると排気ガス中に含まれるＳＯ_Ｘ、即ちＳＯ_２は図６（Ａ）に示されるように白金Ｐｔ５２上において酸化され、次いで塩基性を呈しているコート層５１内に硫酸イオンＳＯ_４ ^２−の形で取込まれる。ところで排気ガス中に含まれるＳＯ_Ｘの濃度はＮＯ_Ｘの濃度に比べてかなり低く、従ってＳＯ_Ｘが硫酸イオンＳＯ_４ ^２−の形でコート層５１内に取込まれる頃にはコート層５１内の多くのカリウムＫは硝酸塩ＫＮＯ_３となっている。従ってＳＯ_２は硝酸塩ＫＮＯ_３が生成されているコート層５１内に硫酸イオンＳＯ_４ ^２−の形で取込まれることになる。
この場合、硫酸イオンＳＯ_４ ^２−は硝酸イオンＮＯ_３ ⁻よりも酸性が強く、従ってこのときカリウムＫと結合している硝酸イオンＮＯ_３ ⁻が硫酸イオンＳＯ_４ ^２−に置き換わるためにコート層５１の表面付近には硫酸塩Ｋ_２ＳＯ_４が生成される。このようにしてＳＯ_ＸがＳＯ_Ｘトラップ触媒１１内に捕獲される。
コート層５１の表面付近に生成される硫酸塩Ｋ_２ＳＯ_４が増大するとコート層５１の表面付近においてＳＯ_Ｘを取込みうる硝酸塩ＫＮＯ_３が減少し、その結果ＳＯ_Ｘの捕獲能力が弱まる。ここで排気ガス中に含まれるＳＯ_ＸのうちでＳＯ_Ｘトラップ触媒１１に捕獲されるＳＯ_Ｘの割合をＳＯ_Ｘトラップ率と称すると、コート層５１の表面付近に生成される硫酸塩Ｋ_２ＳＯ_４が増大するとそれに伴なってＳＯ_Ｘトラップ率が低下することになる。従って図７（Ａ）に示されるようにＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰは時間が経過するにつれて次第に低下することになる。
このような状況下で本発明者が研究を重ねた結果、機関運転中にＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度をアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少くとも一方の硝酸塩、例えばＫＮＯ_３が溶融状態になる温度に保持すると、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１内の硝酸塩ＫＮＯ_３が短時間のうちに図６（Ｂ）に示されるようにＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の表面、即ちコート層５１の表面に移動して凝集し、それによってＳＯ_Ｘトラップ率が回復することを見い出したのである。
即ち、ＳＯ_Ｘがコート層５１の表面付近に硫酸イオンＳＯ_４ ^２−の形で取り込まれるとコート層５１の表面付近の酸性が強くなる。従って硝酸塩ＫＮＯ_３が溶融状態に保持されていると硝酸塩ＫＮＯ_３がコート層５１の表面に向け移動してコート層５１の表面付近に凝集する。このように硝酸塩ＫＮＯ_３がコート層５１の表面付近に凝集すると到来したＳＯ_Ｘはただちに硫酸イオンＳＯ_４ ^２−の形で取り込まれ、次いで硫酸塩Ｋ_２ＳＯ_４の形でコート層５１内に捕獲される。斯くしてアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少くとも一方の硝酸塩を溶融状態に保持するとＳＯ_Ｘトラップ率がほぼ１００パーセントまで回復せしめられることになる。
なお、硝酸塩ＫＮＯ_３は溶融状態にないときでも多少はコート層５１の表面に向けて移動するものと考えられる。従って正確に言うと、本発明では機関運転中にＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度を硝酸塩ＫＮＯ_３が溶融状態となる温度に保持することにより、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１内の硝酸塩ＫＮＯ_３がコート層５１の表面に移動して凝集する硝酸塩移動凝集作用が促進され、この硝酸塩移動凝集作用によりＳＯ_Ｘトラップ率が回復されることになる。
ここで本発明において用いている代表的なアルカリ金属の炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩の融点を下表に示す。

上表から、アルカリ金属の硝酸塩の融点はほぼ２６０℃から３４０℃の間にあって炭酸塩および硫酸塩の融点に比べてかなり低いことがわかる。従って機関運転中にＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度を硝酸塩が溶融状態となる温度に容易に保持することができる。
一方、コート層５１内に分散されている触媒としてカルシウムＣａやマグネシウムＭｇのようなアルカリ土類金属を用いることもできる。即ち、排気ガス中には水分が含まれているのでアルカリ土類金属の硝酸塩は水和物となり、このアルカリ土類金属の水和物の中には融点が１００℃以下となるものがある。例えば硝酸カルシウムＣａ（ＮＯ_３）_２の四水和物は融点がほぼ４３℃であり、硝酸マグネシウムＭｇ（ＮＯ_３）_２の六水和物は融点がほぼ９５℃である。
このようにアルカリ土類金属の硝酸塩の水和物の中には融点が低いものがあり、従ってコート層５１内に分散されている触媒としてカルシウムＣａやマグネシウムＭｇを用いるとこれらアルカリ土類金属の硝酸塩は１００℃以下の低い温度でもコート層５１の表面に移動して凝集することになる。従って低温でもってＳＯ_Ｘトラップ率が回復されることになる。なお、本発明ではコート層５１内に分散されている触媒としてアルカリ金属とアルカリ土類金属との混合物を用いることもできる。
図７（Ｂ）はＳＯ_Ｘトラップ触媒１１に担持された触媒としてカリウムＫを用いた場合のＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰの変化を示している。上表に示される如く硝酸カリウムＫＮＯ_３の融点は３３３℃であり、従って図７（Ｂ）に示されるようにＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度ＴＣが硝酸カリウムＫＮＯ_３の融点を越えると硝酸塩移動凝集作用が促進され、ＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰが回復せしめられる。
なお、硝酸塩移動凝集作用を促進するにはコート層５１内にＳＯ_Ｘを取り込まなければならず、そのためにはＳＯ_２をＳＯ_３に酸化しなければならない。このＳＯ_２の酸化作用はＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度ＴＣが５００℃程度までは良好に行われるが５００℃を越えると次第に弱くなっていく。従って硝酸塩移動凝集作用が促進されるＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度領域が存在することになり、この温度領域の下限温度はアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少くとも一方の硝酸塩の融点であり、この温度領域の上限温度はＳＯ_２トラップ触媒１１上においてＳＯ_２が酸化され得る上限温度と言うことになる。
図７（Ｂ）においてＩは機関運転中にたまたまＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度ＴＣが硝酸塩移動凝集作用の促進される温度領域内になった場合を示しており、このときＮＯ_Ｘトラップ率が回復せしめられる。しかしながら機関運転中にＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度ＴＣが硝酸塩移動凝集作用の促進される温度領域内にならなかった場合にはＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰが低下し続ける。
そこで本発明による実施例では図７（Ｂ）においてＩＩで示されるように機関運転中において例えばＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰが１パーセント低下したときにはＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の昇温制御を行い、それによってＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度ＴＣが硝酸塩移動凝集作用の促進される温度領域内に保持されるようにしている。即ち、本発明による実施例では機関運転中にＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度を時折硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内に保持することによりＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰを時折回復させるようにしている。
ここでＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度を上昇させる方法について図８を参照しつつ説明する。
ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度を上昇させるのに有効な方法の一つは燃料噴射時期を圧縮上死点以降まで遅角させる方法である。即ち、通常主燃料Ｑ_ｍは図８において、（Ｉ）に示されるように圧縮上死点付近で噴射される。この場合、図８の（ＩＩ）に示されるように主燃料Ｑ_ｍの噴射時期が遅角されると後燃え期間が長くなり、斯くして排気ガス温が上昇する。排気ガス温が高くなるとそれに伴ってＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度が上昇する。
また、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度を上昇させるために図８の（ＩＩＩ）に示されるように主燃料Ｑ_ｍに加え、吸気上死点付近において補助燃料Ｑ_ｖを噴射することもできる。このように補助燃料Ｑ_ｖを追加的に噴射すると補助燃料Ｑ_ｖ分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために排気ガス温が上昇し、斯くしてＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度が上昇する。
一方、このように吸気上死点付近において補助燃料Ｑ_ｖを噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料Ｑ_ｖからアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中間生成物によって主燃料Ｑ_ｍの反応が加速される。従ってこの場合には図８の（ＩＩＩ）に示されるように主燃料Ｑ_ｍの噴射時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。即ち、このように主燃料Ｑ_ｍの噴射時期を大巾に遅らせることができるので排気ガス温はかなり高くなり、斯くしてＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度をすみやかに上昇させることができる。
また、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度を上昇させるために図８の（ＩＶ）に示されるように主燃料Ｑ_ｍに加え、膨張行程中又は排気行程中に補助燃料Ｑ_ｐを噴射することもできる。即ち、この場合、大部分の補助燃料Ｑ_ｐ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る。この未燃ＨＣはＳＯ_Ｘトラップ触媒１１上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ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度が上昇せしめられる。
一方、図２に示される内燃機関では炭化水素供給弁１４から炭化水素を供給し、この炭化水素の酸化反応熱によってＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度を上昇させることもできる。また、図８の（ＩＩ）から（ＩＶ）に示されるいずれかの噴射制御を行いつつ炭化水素供給弁１４から炭化水素を供給することもできる。なお、いずれの方法により昇温した場合でもＳＯ_Ｘトラップ触媒１１に流入する排気ガスの空燃比はリッチにされることなくリーンに維持される。
次に図９から図１２を参照しつつＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰの推定方法について説明する。
図９に基準ＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰ０を示す。この基準ＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰ０は、硝酸塩移動凝集作用によるＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰの回復作用が完了したときの基準となるＳＯ_Ｘトラップ率を示しており、この基準ＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰ０はＳＯ_Ｘトラップ触媒１１に捕獲されているＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１が一定値以下のときはほぼ１００パーセントに維持される。即ち、ＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１が一定値以下のときには硝酸塩移動凝集作用によるＳＯ_Ｘトラップ率の回復作用が完了するとＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰはほぼ１００パーセントまで回復する。
しかしながらＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１が一定値以上になると硝酸塩移動凝集作用によるＳＯ_Ｘトラップ率の回復作用が行われてもＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰは１００パーセントまで回復しなくなり、ＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１が増大するほどＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰの回復度合が低下する。従って図９に示されるように基準ＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰ０はＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１が一定値以上になると急激に低下する。
図９に示されるＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１は図１０（Ａ）および（Ｂ）に示すマップから算出される。即ち、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ＳＯ_Ｘ量、即ちＳＯ_Ｘトラップ触媒１１に捕獲されるＳＯ_Ｘ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ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１に捕獲されるＳＯ_Ｘ量も要求トルクおよび機関回転数の関数となる。本発明による実施例ではＳＯ_Ｘトラップ触媒１１に単位時間当り捕獲されるＳＯ_Ｘトラップ量ＳＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１０（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。
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、即ち排気ガス中に含まれていてＳＯ_Ｘトラップ触媒１１に捕獲されるＳＯ_Ｘ量も要求トルクおよび機関回転数の関数となる。本発明による実施例では潤滑油に含まれていてＳＯ_Ｘトラップ触媒１１に単位時間当り捕獲されるＳＯ_Ｘの量ＳＯＸＢが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１０（Ｂ）に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記載されており、ＳＯ_Ｘトラップ量ＳＯＸＡおよびＳＯ_Ｘトラップ量ＳＯＸＢの和を積算することによってＳＯ_Ｘトラップ触媒１１に捕獲されているＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１が算出される。
一方、図１１（Ａ）は単位時間当りの基準となるＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰの減少量ＲＳが示されている。この減少量ＲＳはＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１が増大するほど大きくなる。一方、この減少量ＲＳは排気ガス量、即ち吸入空気量Ｇａが増大するほど大きくなり、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度ＴＣが高くなるほど低くなる。この関係が、即ち減少量ＲＳに対する補正係数Ｋが図１１（Ｂ）に示されている。なお、この補正係数ＫはＫ_１，Ｋ_２，Ｋ_３…Ｋ_ｉの順に小さくなる。
これに対し、図１２（Ａ）および（Ｂ）は夫々硝酸塩移動凝集作用を行ったときの単位時間当りのＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰの増大最ＩＳと増大率ＫＳを示している。
図１２（Ａ）を参照すると、ＴＣ_１はＳＯ_Ｘトラップ触媒１１に担持されているアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少くとも一方の硝酸塩の融点を示しており、ＴＣ_２はＳＯ_２が良好に酸化しうる上限温度を示しており、ＴＣ_３はほぼ６００℃、即ちパティキュレートフィルタ１２の再生温度付近を示している。ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度ＴＣが高くなるほど溶融した硝酸塩の粘度が低くなるのでＴＣ_１とＴＣ_２の間ではＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度ＴＣが高くなるほどＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰの増大量ＩＳは大きくなる。
一方、ＴＣ_２とＴＣ_３の間ではＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度ＴＣが高くなるほどＳＯ_Ｘの酸化作用が弱まるのでＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度ＴＣが高くなるほどＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰの増大量ＩＳが低下する。本発明による実施例では硝酸塩移動凝集作用を行うべきときにはＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度ＴＣが融点ＴＣ_１とパティキュレートフィルタ１２の再生温度ＴＣ_３との間に保持され、好ましくは融点ＴＣ_１とＳＯ_２を良好に酸化しうる温度ＴＣ_２との間に保持される。
一方、硝酸塩が溶融状態になったときから時間を経過するほど硝酸塩はコート層５１の表面に近ずくので単位時間当りのＳＯ_Ｘトラップ率の増大量ＩＳは高くなる。従って図１２（Ｂ）に示されるように硝酸塩が溶融状態になったときからの時間が長くなるほどＳＯ_Ｘトラップ率の増大率ＫＳが高くなり、この増大率ＫＳを増大量ＩＳに乗算することによって最終的な単位時間当りのＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰの増大量が求まる。
このように単位時間当りのＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰの減少量は図１１（Ａ）から算出される基準減少量ＲＳに図１１（Ｂ）から算出される補正係数Ｋを乗算することによって求まり、また硝酸塩移動凝集作用による単位時間当りのＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰの増大量は図１２（Ａ）から算出される増大量ＩＳに図１２（Ｂ）から算出される増大率ＫＳを乗算することによって求まる。一方、図９から基準ＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰ０が求まる。従って、基準ＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰ０から単位時間当りのＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰの減少量ＲＳ・Ｋを減算し、かつ基準ＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰ０に単位時間当りのＳＯ_Ｘトラップ率の増大量ＩＳ・ＫＳを加算することによってＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰを求めることができる。
本発明による一実施例では、このようにして算出されたＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰが硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定められたＳＯ_Ｘトラップ率まで低下したか否かを判断し、ＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰが硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定められたＳＯ_Ｘトラップ率まで低下したと判断されたときにはＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度を硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内まで上昇させてこの温度領域内に保持するようにしている。
さて、図９を参照しつつ既に説明したようにＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１が一定値以下のときには硝酸塩移動凝集作用によるＳＯ_Ｘトラップ率の回復作用が完了するとＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰはほぼ１００パーセントまで回復する。しかしながら、ＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１が一定値以上になると硝酸塩移動凝集作用によるＳＯ_Ｘトラップ率の回復作用が行われてもＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰは１００パーセントまで回復しなくなり、図９に示されるように基準ＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰ０は急激に低下する。
即ち、ＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１が一定値以上になるとコート層５１の表面付近におけるＳＯ_Ｘ濃度が高くなり、その結果ＳＯ_Ｘトラップ率が低下する。ところが排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の濃度を６００℃程度のＳＯ_Ｘ拡散促進温度まで上昇せしめるとコート層５１内の表面近傍に集中的に存在するＳＯ_Ｘはコート層５１内におけるＳＯ_Ｘ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。このようにコート層５１内の表面付近に存在するＳＯ_Ｘがコート層５１の奥部に向けて拡散するとコート層５１の表面付近のＳＯ_Ｘ濃度が低下し、斯くしてＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の昇温制御が完了するとほぼ１００パーセントまでＳＯ_Ｘトラップ率が回復する。
従って本発明による実施例では、硝酸塩移動凝集作用によるＳＯ_Ｘトラップ率の回復作用が行われてもＳＯ_Ｘトラップ率が目標値まで回復しなくなったときにはＳＯ_Ｘ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ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度をＳＯ_Ｘ拡散促進温度まで上昇せしめるようにしている。
なお、このようにＳＯ_Ｘトラップ触媒１１を昇温したときに排気ガスの空燃比がリッチにするとＳＯ_Ｘトラップ触媒１１からＳＯ_Ｘが放出される場合がある。従ってＳＯ_Ｘトラップ触媒１１を昇温したときには排気ガスの空燃比をリッチにしないことが好ましい。また、コート層５１の表面付近のＳＯ_Ｘ濃度が高くなるとＳＯ_Ｘトラップ触媒１１を昇温しなくても排気ガスの空燃比をリッチにするとＳＯ_Ｘトラップ触媒１１からＳＯ_Ｘが放出されてしまう場合がある。従って本発明による実施例ではＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度がＳＯ_Ｘ放出温度以上であるときにはＳＯ_Ｘトラップ触媒１１に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしないようにしている。
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ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１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ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の容量を或る程度大きくすればＳＯ_Ｘトラップ触媒１１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ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の容量は、走行距離が２５万ｋｍ程度までコート層５１内部へのＳＯ_Ｘ拡散のための昇温制御をすることなく高いＳＯ_Ｘトラップ率でもってＳＯ_Ｘを捕獲し続けることのできる容量とされる。この場合、ＳＯ_Ｘ拡散のための最初の昇温制御は走行距離が２５万ｋｍ程度で行われる。
本発明による実施例では図１３に示されるようにＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１と、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１をＳＯ_Ｘ拡散のために昇温処理すべきときの予め定められたＳＯ_Ｘトラップ量ＳＯ（ｎ）との関係が予め記憶されており、ＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１が予め定められたＳＯ（ｎ）（ｎ＝１，２，３，…）を越えたときにＳＯ_Ｘ拡散のためのＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の昇温処理が行われる。なお、図１３においてはｎは何回目の昇温処理であるかを示している。図１３からわかるようにＳＯ_Ｘトラップ率を回復するための昇温処理回数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。即ち、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。
即ち、図１４のタイムチャートに示されるようにＳＯ_Ｘトラップ触媒１１に捕獲されたＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１は許容値ＭＡＸまで時間の経過と共に増大し続ける。なお、図１４においてΣＳＯＸ１＝ＭＡＸになったときが走行距離にして５０万ｋｍ程度のときである。
一方、図１４においてＳＯ_Ｘ濃度はＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の表面付近におけるＳＯ_Ｘ濃度を示している。図１４からわかるようにＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の表面付近におけるＳＯ_Ｘ濃度が許容値ＳＯＺを越えると排気ガスの空燃比Ａ／ＦがリーンのもとでＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度ＴＣをＳＯ_Ｘ拡散促進温度まで上昇させる昇温制御が行われる。昇温制御が行われるとＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の表面付近におけるＳＯ_Ｘ濃度は減少するがこのＳＯ_Ｘ濃度の減少量は昇温制御が行われる毎に小さくなり、従って昇温制御が行われてから次に昇温制御が行われるまでの期間は昇温制御が行われる毎に短かくなる。
なお、図１４に示されるようにＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１がＳＯ（１），ＳＯ（２），…に達するということはＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の表面付近におけるＳＯ_Ｘ濃度が許容値ＳＯＺに達したことを意味している。
図１５および図１６はＳＯ_Ｘトラップ能力の回復処理の第１実施例を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図１５および図１６を参照すると、まず初めにステップ１００において図１０（Ａ），（Ｂ）から夫々単位時間当り捕獲されるＳＯ_Ｘトラップ量ＳＯＸＡおよびＳＯＭＢが読み込まれる。次いでステップ１０１ではこれらＳＯＸＡおよびＳＯＭＢの和がＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１に加算される。
次いでステップ１０２ではコート層５１内部へのＳＯ_Ｘ拡散のための温度制御ＩＩの実行中であるか否が判別される。温度制御ＩＩの実行中でないときにはステップ１０３に進んでＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１が図１３に示される予め定められた量ＳＯ（ｎ）（ｎ＝１，２，３，…）に達したか否かが判別される。ＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１が予め定められた量ＳＯ（ｎ）に達していないときにはステップ１０４に進む。
ステップ１０４では図９に示す関係から基準ＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰ０が算出される。次いでステップ１０５では図１１（Ａ）から単位時間当りのＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰの減少量ＲＳが算出され、図１１（Ｂ）から補正係数Ｋが算出される。次いでステップ１０６ではＳＯ_Ｘトラップ率の減少量ＲＳと補正係数Ｋとの積算値ＲＳ・Ｋが累積減少量ΔＲＳに加算される。次いでステップ１０７では基準ＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰ０から累積減少量ΔＲＳを減算することによってＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰが算出される。
次いでステップ１０８ではＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰが硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定められたＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰ０・０．９９まで低下したか否かが判別される。この第１実施例ではこの予め定められたＳＯ_Ｘトラップ率は基準ＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰ０の９９パーセントとされている。即ち、ステップ１０８ではＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰが基準ＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰ０に対して１パーセント低下したか否かが判別される。ステップ１０８においてＴＲＡＰ≧ＴＲＡＰ０・０．９９であると判別されたときにはステップ１１０に進む。これに対し、ＴＲＡＰ＜ＴＲＡＰ０・０．９９と判断されたときには硝酸塩移動凝集作用を促進するための昇温制御Ｉが実行される。次いでステップ１１０に進む。
ステップ１１０ではＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度ＴＣが硝酸塩移動凝集作用の促進される温度領域内にあるか否かが判別される。この温度領域は前述したようにＴＣ_１＜ＴＣ＜ＴＣ_３であり、好ましくはステップ１１０に記載されているようにＴＣ_１＜ＴＣ＜ＴＣ_２である。ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度ＴＣが硝酸塩移動凝集作用の促進される温度領域内にあるときにはステップ１１１に進む。
ステップ１１１では図１２（Ａ）から単位時間当りＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰの増大量ＩＳが算出され、図１２（Ｂ）からＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰの増大率ＫＳが算出される。次いでステップ１１２ではＳＯ_Ｘトラップ率の増大量ＩＳと増大率ＫＳとの積算値ＩＳ・ＫＳが累積減少量ΔＲＳから減算される。次いでステップ１１３では累積減少量ΔＲＳが負になったか否か、即ちＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰが基準ＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰ０まで回復したか否かが判別される。ΔＲＳ＜０のときにはステップ１１４に進んでΔＲＳが零とされる。次いでステップ１１５では昇温制御Ｉの実行中であるか否かが判別され、昇温制御Ｉの実行中であるときにはステップ１１６に進んで昇温制御Ｉが停止される。
一方、ステップ１０３においてＳＯ_Ｘトラップ量ΣＳＯＸ１が予め定められた量ＳＯ（ｎ）に達したと判断されたときにはステップ１１７に進んでＳＯ_Ｘ拡散のための昇温制御ＩＩが実行される。昇温制御ＩＩの実行中はステップ１０２からステップ１１７に進む。次いでステップ１１８において昇温制御ＩＩが完了したと判断されたときにはステップ１１９に進んで累積減少量ΔＲＳが零とされ、基準ＳＯ_Ｘトラップ率ＴＲＡＰ０が１００パーセントに回復される。
図１７から図１９にＳＯ_Ｘトラップ能力を回復処理するための第２実施例を示す。この実施例では図３に示されるようにＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の下流にＳＯ_Ｘセンサ２４が配置されており、このＳＯ_Ｘセンサ２４によってＳＯ_Ｘトラップ触媒１１から流出した排気ガス中のＳＯ_Ｘ濃度が検出される。即ち、この第２実施例では図１７に示されるようにＳＯ_Ｘセンサ２４により検出された排気ガス中のＳＯ_Ｘ濃度が硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定められた濃度ＳＯＹ１を越えたときにはＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度を硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内まで上昇させる昇温制御Ｉが行われる。
またこの第２実施例では図１８に示されるようにＳＯ_Ｘセンサ２４により検出された排気ガス中のＳＯ_Ｘ濃度がＳＯ_Ｘの拡散を促進すべき予め定められた濃度ＳＯＹ２を越えたときにはＳＯ_Ｘ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ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度をＳＯ_Ｘ拡散促進温度まで上昇せしめる昇温制御ＩＩが行われる。
図１９はこの第２実施例を実行するためのＳＯ_Ｘトラップ能力の回復処理ルーチンを示している。
図１９を参照するとまず初めにステップ２００においてＳＯ_Ｘセンサ２４の出力信号、例えば出力電圧Ｖが読込まれる。次いでステップ２０１ではコート層５１内へのＳＯ_Ｘ拡散のための温度制御ＩＩの実行中であるか否かが判別される。温度制御ＩＩの実行中でないときにはステップ２０３に進んでＳＯ_Ｘセンサ２４の出力電圧Ｖが設定値ＶＸ_２を越えたか否か、即ち排気ガス中のＳＯ_Ｘ濃度が予め定められた濃度ＳＯＹ２を越えたか否かが判別される。Ｖ≦ＶＸ_２のとき、即ち排気ガス中のＳＯ_Ｘ濃度が予め定められている濃度ＳＯＹ２を越えていないときにはステップ２０３に進む。
ステップ２０３では硝酸塩移動凝集作用を促進するための昇温制御Ｉの実行中であるか否かが判別される。昇温制御Ｉの実行中でないときにはステップ２０４に進んでＳＯ_Ｘセンサ２４の出力電圧Ｖが設定値ＶＸ_１を越えたか否か、即ち排気ガス中のＳＯ_Ｘ濃度が予め定められた濃度ＳＯＹ１を越えたか否かが判別される。Ｖ＞ＶＸ_１（＜ＶＸ_２）になると、即ち排気ガス中のＳＯ_Ｘ濃度が予め定められた濃度ＳＯＹ１（＜ＳＯＹ２）を越えるとステップ２０５に進んで昇温制御Ｉが実行される。昇温制御Ｉの実行中はステップ２０３からステップ２０６に進む。ステップ２０６ではＳＯ_Ｘセンサ２４の出力電圧Ｖが予め定められた回復目標値Ｖ_０よりも低下したか否か、即ちＳＯ_Ｘトラップ触媒１１のＳＯ_Ｘトラップ率が回復したか否かが判別される。Ｖ≦Ｖ_０になると、即ちＳＯ_Ｘトラップ率が回復するとステップ２０９に進んで昇温制御Ｉが停止される。
一方、ステップ２０２においてＶ＞ＶＸ_２であると判断されると、即ち排気ガス中のＳＯ_Ｘ濃度が予め定められている濃度ＳＯＹ２を越えるとステップ２０８に進んでＳＯ_Ｘ拡散のための昇温制御ＩＩが実行される。昇温制御ＩＩの実行中はステップ２０１からステップ２０８に進んで昇温制御ＩＩが実行され続ける。
次に図２０から図２３を参照しつつパティキュレートフィルタ１２上に担持されたＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に対する処理について説明する。
本発明による実施例ではＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に単位時間当り吸蔵されるＮＯ_Ｘ量ＮＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図２２（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、このＮＯ_Ｘ量ＮＯＸＡを積算することによってＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯ_Ｘ量ΣＮＯＸが算出される。本発明による実施例では図２０に示されるようにこのＮＯ_Ｘ量ΣＮＯＸが許容値ＮＸに達する毎にパティキュレートフィルタ１２に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチにされ、それによってＮＯ_Ｘ吸蔵触媒からＮＯ_Ｘが放出される。
なお、パティキュレートフィルタ１２に流入する排気ガスの空燃比Ａ／ＦをリッチにするときにＳＯ_Ｘトラップ触媒１１に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持しておくことが好ましい。従ってパティキュレートフィルタ１２上にＮＯ_Ｘ吸蔵触媒を担持するようにした実施例では図１および図３に示されているようにＳＯ_Ｘトラップ触媒１１とパティキュレートフィルタ１２との間の排気通路内に炭化水素供給弁１４を配置し、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒からＮＯ_Ｘを放出すべきときにはこの炭化水素供給弁１４から排気通路内に炭化水素を供給することによりＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に送り込まれる排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするようにしている。
一方、排気ガス中に含まれるパティキュレート、即ち粒子状物質はパティキュレートフィルタ１２上に捕集され、順次酸化される。しかしながら捕集される粒子状物質の量が酸化される粒子状物質の量よりも多くなると粒子状物質がパティキュレートフィルタ１２上に次第に堆積し、この場合粒子状物質の堆積量が増大すると機関出力の低下を招いてしまう。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、空気過剰のもとでパティキュレートフィルタ１２の温度を６００℃程度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。
そこで本発明による実施例ではパティキュレートフィルタ１２上に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでパティキュレートフィルタ１２の温度を上昇させ、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。具体的に言うと本発明による実施例では差圧センサ２３により検出されたパティキュレートフィルタ１２の前後差圧ΔＰが図２０に示されるように許容値ＰＸを越えたときに堆積粒子状物質の量が許容量を越えたと判断され、このときパティキュレートフィルタ１２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１２の温度Ｔを上昇させる昇温制御が行われる。なお、パティキュレートフィルタ１２の温度Ｔが高くなるとＮＯ_Ｘ吸蔵触媒からＮＯ_Ｘが放出されるために捕獲されているＮＯ_Ｘ量ΣＮＯＸは減少する。
パティキュレートフィルタ１２上に酸化促進用触媒を担持した場合でも、或いはＮＯ_Ｘ吸蔵触媒を担持した場合でもパティキュレートフィルタ１２を再生するときには排気ガスの空燃比をリーンに維持した状態で図１から図３に示されるいずれかの炭化水素供給弁１４から炭化水素が供給されるか、或いは図８に示される（ＩＩ）から（ＩＶ）のいずれかのパターンで燃料噴射が行われる。パティキュレートフィルタ１２の再生が開始されるとパティキュレートフィルタ１２の温度は６００℃以上となるがこのときＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の温度は６００℃よりも若干低い温度、即ち硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域に保持される。
一方、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１１によるＳＯ_Ｘトラップ率が１００パーセントのときにはＮＯ_Ｘ吸蔵触媒にＳＯ_Ｘが全く送り込まれず、従ってこの場合にはＮＯ_Ｘ吸蔵触媒にＳＯ_Ｘが吸蔵される危険性は全くない。これに対しＳＯ_Ｘトラップ率が１００パーセントでない場合にはたとえＳＯ_Ｘトラップ率が１００パーセント近くであってもＳＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に吸蔵される。ただしこの場合、単位時間当りＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に吸蔵されるＳＯ_Ｘ量は極めて少ない。とは言え、長時間経過すれば多量のＳＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に吸蔵され、多量のＳＯ_Ｘが吸蔵されれば吸蔵されたＳＯ_Ｘを放出させる必要がある。
前述したようにＮＯ_Ｘ吸蔵触媒からＳＯ_Ｘを放出させるにはＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出温度まで上昇させかつＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に送り込まれる排気ガスの空燃比をリッチにする必要がある。そこで本発明による実施例では図２１に示されるようにＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に吸蔵されているＳＯ_Ｘ量ΣＳＯＸ２が許容値ＳＸ２に達したときにはＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度ＴＣがＮＯ_Ｘ放出温度ＴＸまで上昇せしめられ、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチとされる。なお、単位時間当りＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に吸蔵されるＳＯ_Ｘ量ＳＯＸＺは要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図２２（Ｂ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、このＳＯ_Ｘ量ＳＯＸＺを積算することにより吸蔵ＳＯ_Ｘ量ΣＳＯＸ２が算出される。
ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒からＳＯ_Ｘを放出させるときにＳＯ_Ｘトラップ触媒１１に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることは好ましくない。そこで本発明による実施例ではＮＯ_Ｘ吸蔵触媒からＳＯ_Ｘを放出すべきときにはまず初めにＳＯ_Ｘトラップ触媒１１に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ図１および図３に示されるようにＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の下流で炭化水素供給弁１４から炭化水素を供給してＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度ＴＣをＳＯ_Ｘ放出温度ＴＸまで上昇させ、次いでＳＯ_Ｘトラップ触媒１１に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ炭化水素供給弁１４からの炭化水素の供給量を増大してＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に送り込まれる排気ガスの空燃比をリッチにするようにしている。なお、この場合ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に送り込まれる排気ガスの空燃比を交互にリッチとリーンに切換えるようにしてもよい。
図２３はＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に対する処理ルーチンを示している。
図２３を参照するとまず初めにステップ３００において図２２（Ａ）に示すマップから単位時間当り吸蔵されるＮＯ_Ｘ量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ３０１ではこのＮＯＸＡがＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に吸蔵されているＮＯ_Ｘ量ΣＮＯＸに加算される。次いでステップ３０２では吸蔵ＮＯ_Ｘ量ΣＮＯＸが許容値ＮＸを越えたか否かが判別され、ΣＮＯＸ＞ＮＸとなったときにはステップ３０３に進んでＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に送り込まれる排気ガスの空燃比を一時的にリーンらリッチに切換えるリッチ処理が行われ、ΣＮＯＸがクリアされる。
次いでステップ３０４では差圧センサ２３によりパティキュレートフィルタ１２の前後差圧ΔＰが検出される。次いでステップ３０５では差圧ΔＰが許容値ＰＸを越えたか否かが判別され、ΔＰ＞ＰＸとなったときにはステップ３０６に進んでパティキュレートフィルタ１２の昇温制御が行われる。この昇温制御はパティキュレートフィルタ１２に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ炭化水素供給弁１４から炭化水素を供給することによって行われる。
次いでステップ３０７では図２２（Ｂ）に示すマップから単位時間当り吸蔵されるＳＯ_Ｘ量ＳＯＸＺが算出される。次いでステップ３０８ではこのＳＯＸＺがＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に吸蔵されているＳＯ_Ｘ量ΣＳＯＸ２に加算される。次いでステップ３０９では吸蔵ＳＯ_Ｘ量ΣＳＯＸ２が許容値ＳＸ２を越えたか否かが判別され、ΣＳＯＸ２＞ＳＸ２となったときにはステップ３１０に進んでＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度ＴＣをＳＯ_Ｘ放出温度ＴＸまで上昇させる昇温制御が行われる。次いでステップ１１１ではＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に送り込まれる排気ガスの空燃比をリッチに維持するリッチ処理が行われ、ΣＳＯＸ２がクリアされる。
パティキュレートフィルタ１２上にはＮＯ_Ｘ吸蔵触媒が担持されておらず、酸化促進用触媒しか担持されていない場合にはパティキュレートフィルタ１２の再生処理のみを行えばよいので図２３に示すルーチンの中でステップ３０４からステップ３０６のみが実行される。この場合には図２に示されるようにＳＯ_Ｘトラップ触媒１１の上流に配置された炭化水素供給弁１４から炭化水素を供給することによってパティキュレートフィルタ１２の昇温作用を行うことができる。

Claims (24)

1. 機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＳＯ_Ｘを捕獲しうるＳＯ_Ｘトラップ触媒を配置した内燃機関において、上記ＳＯ_Ｘトラップ触媒内にはアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少くとも一方が分散して担持されており、機関運転中にＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度を上記アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少くとも一方の硝酸塩が溶融状態となる温度に保持することにより、ＳＯ_Ｘトラップ触媒内の硝酸塩がＳＯ_Ｘトラップ触媒表面に移動して凝集する硝酸塩移動凝集作用が促進され、該硝酸塩移動凝集作用によりＳＯ_Ｘトラップ率の回復を図りつつＳＯ_Ｘを除去するようにした内燃機関の排気浄化装置。
2. 上記硝酸塩移動凝集作用が促進されるＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度領域が存在しており、機関運転中にＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度を時折上記硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内に保持することによりＳＯ_Ｘトラップ率を時折回復させ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。
3. 上記温度領域の下限温度は上記アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少くとも一方の硝酸塩の融点であり、上記温度領域の上限温度はＳＯ_ｘトラップ触媒上においてＳＯ_２が酸化され得る上限温度である請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 上記ＳＯ_Ｘトラップ触媒は、ＳＯ_Ｘ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ＳＯ_Ｘを捕獲し、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度がＳＯ_Ｘ拡散促進温度まで上昇せしめられると捕獲したＳＯ_Ｘが次第にＳＯ_Ｘトラップ触媒の内部に拡散していく性質を有し、該硝酸塩移動凝集作用によるＳＯ_Ｘトラップ率の回復作用が行われてもＳＯ_Ｘトラップ率が目標値まで回復しなくなったときにはＳＯ_Ｘ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ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度がＳＯ_Ｘ拡散促進温度まで上昇せしめられる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. ＳＯ_Ｘトラップ率を推定する推定手段を具備しており、推定されたＳＯ_Ｘトラップ率がＳＯ_Ｘの拡散を促進すべき予め定められたＳＯ_Ｘトラップ率まで低下したときにはＳＯ_Ｘ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ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度がＳＯ_Ｘ拡散促進温度まで上昇せしめられる請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. ＳＯ_Ｘトラップ触媒下流の排気通路内に排気ガス中のＳＯ_Ｘ濃度を検出しうるＳＯ_Ｘセンサを配置し、該ＳＯ_Ｘセンサにより検出された排気ガス中のＳＯ_Ｘ濃度がＳＯ_Ｘの拡散を促進すべき予め定められた濃度を越えたときにはＳＯ_Ｘ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ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度がＳＯ_Ｘ拡散促進温度まで上昇せしめられる請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. ＳＯ_Ｘトラップ率が上記硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定められたＳＯ_Ｘトラップ率まで低下したか否かを判断する判断手段を具備しており、ＳＯ_Ｘトラップ率が該硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定められたＳＯ_Ｘトラップ率まで低下したと判断されたときにはＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度を上記硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内まで上昇させて該温度領域内に保持する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. ＳＯ_Ｘトラップ率を推定する推定手段を具備しており、推定されたＳＯ_Ｘトラップ率が該硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定められたＳＯ_Ｘトラップ率まで低下したときにはＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度を上記硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内まで上昇させて該温度領域内に保持する請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. ＳＯ_Ｘトラップ触媒下流の排気通路内に排気ガス中のＳＯ_Ｘ濃度を検出しうるＳＯ_Ｘセンサを配置し、該ＳＯ_Ｘセンサにより検出された排気ガス中のＳＯ_Ｘ濃度が上記硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定められた濃度を越えたときにはＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度を上記硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内まで上昇させて該温度領域内に保持する請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 上記ＳＯ_Ｘトラップ触媒の下流にパティキュレートフィルタが配置されており、上記温度領域の下限温度は上記アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少くとも一方の硝酸塩の融点であり、上記温度領域の上限温度はパティキュレートフィルタの再生温度である請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
11. パティキュレートフィルタの再生時にＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度が上記温度領域内に保持される請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化装置。
12. ＳＯ_Ｘトラップ触媒下流の排気通路内に、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を吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ吸蔵触媒を配置すると共に、ＳＯ_Ｘトラップ触媒とＮＯ_Ｘ吸蔵触媒との間の排気通路内に炭化水素供給装置を配置し、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒からＮＯ_Ｘを放出すべきときには炭化水素供給装置から排気通路内に炭化水素を供給してＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに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。
13. 上記ＳＯ_Ｘトラップ触媒は基材上に形成されたコート層と、コート層上に担持された貴金属触媒からなり、コート層内にはアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少くとも一方が分散して含有されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
14. 機関排気通路内に配置されたＳＯ_Ｘトラップ触媒により排気ガス中に含まれるＳＯ_Ｘを除去するようにした排気浄化方法において、上記ＳＯ_Ｘトラップ触媒内にアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少くとも一方を分散して担持させ、機関運転中にＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度を上記アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少くとも一方の硝酸塩が溶融状態となる温度に保持することにより、ＳＯ_Ｘトラップ触媒内の硝酸塩がＳＯ_Ｘトラップ触媒表面に移動して凝集する硝酸塩移動凝集作用を促進させ、該硝酸塩移動凝集作用によりＳＯ_Ｘトラップ率の回復を図りつつＳＯ_Ｘを除去するようにした排気浄化方法。
15. 上記硝酸塩移動凝集作用が促進されるＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度領域が存在しており、機関運転中にＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度を時折上記硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内に保持することによりＳＯ_Ｘトラップ率を時折回復させるようにした請求項１４に記載の排気浄化方法。
16. 上記温度領域の下限温度は上記アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少くとも一方の硝酸塩の融点であり、上記温度領域の上限温度はＳＯ_ｘトラップ触媒上においてＳＯ_２が酸化され得る上限温度である請求項１５に記載の排気浄化方法。
17. 上記ＳＯ_Ｘトラップ触媒は、ＳＯ_Ｘ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ＳＯ_Ｘを捕獲し、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度がＳＯ_Ｘ拡散促進温度まで上昇せしめられると捕獲したＳＯ_Ｘが次第にＮＯ_Ｘトラップ触媒の内部に拡散していく性質を有し、該硝酸塩移動凝集作用によるＳＯ_Ｘトラップ率の回復作用が行われてもＳＯ_Ｘトラップ率が目標値まで回復しなくなったときにはＳＯ_Ｘ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ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度がＳＯ_Ｘ拡散促進温度まで上昇せしめられる請求項１５に記載の排気浄化方法。
18. ＳＯ_Ｘトラップ率を推定し、推定されたＳＯ_Ｘトラップ率がＳＯ_Ｘの拡散を促進すべき予め定められたＳＯ_Ｘトラップ率まで低下したときにはＳＯ_Ｘ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ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度がＳＯ_Ｘ拡散促進温度まで上昇せしめられる請求項１７に記載の排気浄化方法。
19. ＳＯ_Ｘトラップ触媒下流の排気通路内に配置されたＳＯ_Ｘセンサにより検出された排気ガス中のＳＯ_Ｘ濃度がＳＯ_Ｘの拡散を促進すべき予め定められた濃度を越えたときにはＳＯ_Ｘ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ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度がＳＯ_Ｘ拡散促進温度まで上昇せしめられる請求項１７に記載の排気浄化方法。
20. ＳＯ_Ｘトラップ率が上記硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定められたＳＯ_Ｘトラップ率まで低下したか否かを判断し、ＳＯ_Ｘトラップ率が該硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定められたＳＯ_Ｘトラップ率まで低下したと判断されたときにはＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度を上記硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内まで上昇させて該温度領域内に保持する請求項１５に記載の排気浄化方法。
21. ＳＯ_Ｘトラップ率を推定し、推定されたＳＯ_Ｘトラップ率が該硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定められたＳＯ_Ｘトラップ率まで低下したときにはＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度を上記硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内まで上昇させて該温度領域内に保持する請求項２０に記載の排気浄化方法。
22. ＳＯ_Ｘトラップ触媒下流の排気通路内に配置されたＳＯ_Ｘセンサにより検出された排気ガス中のＳＯ_Ｘ濃度が上記硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定められた濃度を越えたときにはＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度を上記硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内まで上昇させて該温度領域内に保持する請求項２０に記載の排気浄化方法。
23. 上記温度領域の下限温度は上記アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少くとも一方の硝酸塩の融点であり、上記温度領域の上限温度はＳＯ_Ｘトラップ触媒下流に配置されたパティキュレートフィルタの再生温度である請求項１５に記載の排気浄化方法。
24. パティキュレートフィルタの再生時にＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度が上記温度領域内に保持される請求項２３に記載の排気浄化方法。

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