JP2000087732A

JP2000087732A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2000087732A
Application number: JP25727798A
Authority: JP
Inventors: Shinya Hirota; 信也広田; Toshiaki Tanaka; 俊明田中; Satoru Iguchi; 哲井口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-09-10
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 2000-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを十
分に放出・還元できるようにする。【解決手段】エンジン１に接続された排気管９に、内
部に吸蔵還元型ＮＯx触媒３１ａ，３１ｂを収容した触
媒コンバータ３０を設置する。上流側の吸蔵還元型ＮＯ
x触媒３１ａと下流側の吸蔵還元型ＮＯx触媒３１ｂの間
に空気供給ノズル２２を挿入し、空気供給装置２３から
供給される二次空気を下流側の吸蔵還元型ＮＯx触媒３
１ｂに供給することができるようにする。ＳＯx放出処
理時には、燃料噴射弁７から燃料を副噴射して排気空燃
比をリッチにするとともに、空気供給ノズルから二次空
気を噴射し、下流側の吸蔵還元型ＮＯx触媒３１ｂを所
定量の酸素が存在する還元雰囲気にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気通
路に吸蔵還元型ＮＯx触媒を備えた排気浄化装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】リーン空燃比の燃焼を行う内燃機関から
排出される排気のＮＯxを浄化する排気浄化装置とし
て、吸蔵還元型ＮＯx触媒がある。この吸蔵還元型ＮＯx
触媒は、流入排気の空燃比がリーンのときにＮＯxを吸
収し、流入排気中の酸素濃度が低下したときに吸収した
ＮＯxを放出する触媒であり、排気通路に吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒を配置して、リーン空燃比の排気から窒素酸化
物（ＮＯx）を吸収させ、ＮＯx吸収後に内燃機関に供給
する燃料を増量等して前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入
する排気空燃比をストイキまたはリッチにすることによ
り、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒から吸収したＮＯxを放出
させるとともに、放出されたＮＯxを排気中の未燃Ｈ
Ｃ、ＣＯ等の還元成分により還元浄化する。

【０００３】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硫黄酸化物（ＳＯx）が発生す
る。前記吸蔵還元型ＮＯx触媒は、ＮＯxの吸収作用を行
うのと同じメカニズムで排気中のＳＯxの吸収を行うの
で、内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒を配置
すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒にはＮＯxのみならずＳＯ
xも吸収される。

【０００４】ところが、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収さ
れたＳＯxは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成する
ため、通常の吸蔵還元型ＮＯx触媒からのＮＯxの放出、
還元浄化（以下、再生という）を行う条件では、分解、
放出されにくく吸蔵還元型ＮＯx触媒内に蓄積され易い
傾向がある。吸蔵還元型ＮＯx触媒内のＳＯx蓄積量が増
大すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収容量が減少
して排気中の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、いわゆるＳＯx被毒が生
じる。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は、吸蔵還元型ＮＯx触
媒に吸収されているＳＯxを適宜のタイミングで放出さ
せる必要がある。

【０００５】吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを
放出させるには、流入排気空燃比をストイキまたはリッ
チにし、且つ、通常再生時よりも吸蔵還元型ＮＯx触媒
を高温にする必要があることが分かっている。

【０００６】そこで、特開平６−８８５１８号公報等に
開示されているように、ＳＯx吸収によって吸蔵還元型
ＮＯx触媒のＮＯx浄化能が低下する前に所定の時期に、
触媒温度高温下においてストイキまたはリッチの空燃比
の排気を吸蔵還元型ＮＯx触媒に流して、吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒からＳＯxを放出・還元している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来は、流入排気空燃
比と触媒温度が、吸蔵還元型ＮＯx触媒からのＳＯxの放
出・還元を支配すると考えられていた。しかしながら、
従来方法によりＳＯx放出処理を実行しても、予想する
ほどにはＳＯxの放出・還元が行われず、ＳＯx被毒によ
り低下した吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能を回復さ
せることが困難であった。

【０００８】本出願人は、その原因について以下のよう
に推察した。酸素濃度の極めて低いストイキまたはリッ
チの空燃比の排気を吸蔵還元型ＮＯx触媒に供給する
と、吸蔵還元型ＮＯx触媒における上流部分において排
気中の酸素が還元剤（ＨＣ）と反応して焼失し、それよ
りも下流域では酸素のない雰囲気となって還元剤だけが
供給されることとなる。このような雰囲気では、排気中
に含まれている重質還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒を被
毒し、吸蔵還元型ＮＯx触媒からのＳＯxの放出・還元を
行いにくくする。

【０００９】また、本出願人の研究により、吸蔵還元型
ＮＯx触媒からＳＯxを放出・還元させるには、触媒表面
近傍における還元剤と酸素の反応が大変に重要であるこ
とを明らかになった。

【００１０】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、吸蔵還元型ＮＯx触媒あるいはＳＯx吸収剤に吸
収されたＳＯxの効率的な放出・還元を図ることにあ
る。

【００１１】

【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。即ち、（１）本発
明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通
路に配置され流入する排気の空燃比がリーンのときに排
気中のＮＯxを吸収し流入する排気の空燃比がストイキ
またはリッチのときに吸収したＮＯxを放出する吸蔵還
元型ＮＯx触媒と、この吸蔵還元型ＮＯx触媒がＮＯx吸
収時に吸収した排気中のＳＯxを吸蔵還元型ＮＯx触媒か
ら放出させるときに流入する排気の空燃比をストイキま
たはリッチにする再生手段と、を備えた内燃機関の排気
浄化装置において、前記再生手段によるＳＯx放出の実
行の際、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒におけるＳＯx吸収領
域に所定量の酸素を供給残存させるトータルリッチ化手
段を備えたことを特徴とする。

【００１２】この内燃機関の排気浄化装置においては、
トータルリッチ化手段によって、吸蔵還元型ＮＯx触媒
におけるＳＯx吸収領域を所定量の酸素が存在する雰囲
気にすることができ、これにより吸蔵還元型ＮＯx触媒
に吸収されているＳＯxの放出・還元を促進させること
ができる。

【００１３】前記（１）の内燃機関の排気浄化装置にお
いては、ＳＯx放出の時の排気の流れ方向は、ＮＯx吸収
時と同方向とすることもできるし、逆方向とすることも
できる。

【００１４】前記（１）の内燃機関の排気浄化装置にお
いては、前記再生手段とトータルリッチ化手段によるＳ
Ｏx放出の実行タイミングを、ＳＯx放出時における排気
流れ方向での吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流側の触媒温度
が上流側の触媒温度よりも高いときとすることができ
る。触媒温度が高いと還元剤及び酸素の消費が多くなる
が、上述したタイミングでＳＯx放出処理を実行する
と、ＳＯx放出処理時における吸蔵還元型ＮＯx触媒の上
流側では触媒温度が低いので還元剤及び酸素が消費され
にくく、その結果、ＳＯx放出処理時における吸蔵還元
型ＮＯx触媒の下流側まで還元剤及び酸素の存在する雰
囲気を形成し易くなる。

【００１５】前記（１）の内燃機関の排気浄化装置にお
いては、前記トータルリッチ化手段は、ＳＯx放出時に
おける排気流れ方向での吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流側
の触媒に酸素を供給する酸素供給手段を備えることがで
きる。このようにすると、ＳＯx放出時における吸蔵還
元型ＮＯx触媒の下流側を確実にトータルリッチ化させ
ることができる。

【００１６】前記（１）の内燃機関の排気浄化装置にお
いては、内燃機関を多気筒の内燃機関とし、前記トータ
ルリッチ化手段は、一部の気筒についてはリッチ空燃比
で燃料を燃焼し、他の気筒についてはリーン空燃比で燃
料を燃焼する気筒制御手段で構成することができる。こ
れは、リーンバーンガソリンエンジンの場合に採用する
ことが可能であり、このようにすると、装置構成を簡略
化することができる。

【００１７】（２）また、本発明に係る内燃機関の排気
浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置され流入する排
気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯxを吸収し流
入する排気の空燃比がストイキまたはリッチのときに吸
収したＮＯxを放出する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、この吸
蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流の前記排気通路に配置さ
れ流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＳＯ
xを吸収し流入する排気の空燃比がストイキまたはリッ
チのときに吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤と、こ
のＳＯx吸収剤が吸収したＳＯxをＳＯx吸収剤から放出
させるときに流入する排気の空燃比をストイキまたはリ
ッチにする再生手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装
置において、前記再生手段によるＳＯx放出の実行の
際、前記ＳＯx吸収剤におけるＳＯx吸収領域に所定量の
酸素を供給残存させるトータルリッチ化手段を備えたこ
とを特徴とする。

【００１８】この内燃機関の排気浄化装置においては、
トータルリッチ化手段によって、ＳＯx吸収剤における
ＳＯx吸収領域を所定量の酸素が存在する雰囲気にする
ことができ、これによりＳＯx吸収剤に吸収されている
ＳＯxの放出・還元を促進させることができる。

【００１９】前記（２）の内燃機関の排気浄化装置にお
いては、ＳＯx放出の時の排気の流れ方向は、ＮＯx吸収
時と逆方向にするのが好ましい。これは、ＳＯx吸収剤
から放出されたＳＯxが吸蔵還元型ＮＯx触媒に再吸収さ
れないようにするためである。

【００２０】前記（２）の内燃機関の排気浄化装置にお
いては、前記トータルリッチ化手段は前記ＳＯx吸収剤
に酸素を供給する酸素供給手段を備えることができる。
尚、前記（１）及び（２）の内燃機関の排気浄化装置に
おいて、内燃機関としては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。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の実施の形態を図１から図１０の図面に基い
て説明する。

【００２２】〔第１の実施の形態〕図１は、内燃機関と
してのディーゼルエンジンの排気浄化装置の概略構成を
示す図である。この図において、エンジン１は直列４気
筒であり、吸気管２及び吸気マニホルド３を介して各気
筒に吸気が供給される。

【００２３】燃料タンク４の燃料（軽油）は吐出圧制御
可能な燃料供給ポンプ５によって吸い上げられてコモン
レール６に供給される。エンジンコントロール用電子制
御ユニット（ＥＣＵ）５０は、コモンレール６内の燃料
圧力がエンジン１の運転状態に応じて所定圧力値となる
ように、燃料供給ポンプ５の運転を制御する。

【００２４】また、エンジン１には、コモンレール６か
ら供給される燃料を各気筒内に噴射する燃料噴射弁７が
設けられており、燃料噴射弁７の開弁時期及び開弁期間
は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ５０によって
制御される。

【００２５】各気筒の燃焼室には、各気筒における圧縮
上死点近傍において対応する燃料噴射弁７から燃料が主
噴射され、この燃料の爆発によって生じた排気が排気マ
ニホールド８を介して排気管９に排出される。

【００２６】また、このエンジン１においては、所定の
時期に、所定の気筒の膨張行程あるいは排気行程におい
て対応する気筒の燃料噴射弁７から気筒内に燃料が副噴
射されるようになっている。副噴射された燃料のＨＣ成
分は、爆発行程の熱により軽質なＨＣに改質されて、排
気と共に排気マニホールド８を介して排気管９に排出さ
れ、後述する吸蔵還元型ＮＯx触媒３１に供給される。
副噴射が実行される前記所定の時期については後で説明
する。

【００２７】排気管９の途中には、内部に吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒（以下、ＮＯx触媒と略す）３１を収容した触媒
コンバータ３０が設置されている。ＮＯx触媒３１につ
いては後で詳述する。

【００２８】排気管９において触媒コンバータ３０の入
口３０ａの近傍には、触媒コンバータ３０に流入する排
気の温度に対応した出力信号をＥＣＵ５０に出力する排
気温センサ１３が取り付けられている。

【００２９】ＥＣＵ５０はデジタルコンピュータからな
り、双方向バスによって相互に接続されたＲＯＭ（リー
ドオンメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、
ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）、入力ポー
ト、出力ポートを具備し、エンジン１の燃料噴射量制御
等の基本制御を行うほか、この実施の形態では、触媒コ
ンバータ３０の再生制御等を行っている。

【００３０】これら制御のために、ＥＣＵ５０の入力ポ
ートには、アクセル開度センサ１４からの入力信号と、
クランク角センサ１５からの入力信号が入力される。ア
クセル開度センサ１４はアクセル開度に比例した出力電
圧をＥＣＵ５０に出力し、ＥＣＵ５０はアクセル開度セ
ンサ１４の出力信号に基づいてエンジン負荷を演算す
る。クランク角センサ１５はクランクシャフトが一定角
度回転する毎に出力パルスをＥＣＵ５０に出力し、ＥＣ
Ｕ５０はこの出力パルスに基づいてエンジン回転速度を
演算する。これらエンジン負荷とエンジン回転速度によ
ってエンジン運転状態が判別される。

【００３１】触媒コンバータ３０に収容されているＮＯ
x触媒３１、即ち吸蔵還元型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
属とが担持されている。

【００３２】このＮＯx触媒は、流入排気の空燃比（以
下、排気空燃比と称す）がリーンのときはＮＯxを吸収
し、流入排気の空燃比がストイキまたはリッチで排気中
の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出する。
尚、排気空燃比とは、ここではＮＯx触媒の上流側の排
気通路やエンジン燃焼室、吸気通路等にそれぞれ供給さ
れた空気量の合計と燃料（炭化水素）の合計の比を意味
するものとする。したがって、ＮＯx触媒上流の排気通
路内に燃料、還元剤あるいは空気が供給されない場合に
は、排気空燃比はエンジン燃焼室内に供給される混合気
の空燃比に一致する。

【００３３】ＮＯx触媒のＮＯx吸放出作用のメカニズム
については明らかでない部分もあるが、図２に示すよう
なメカニズムで行われると考えられている。このメカニ
ズムについて、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担
持させた場合を例にとって説明するが、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のメ
カニズムとなる。

【００３４】まず、流入排気の空燃比がかなりリーンに
なると流入排気中の酸素濃度が大巾に増大するため、図
２（Ａ）に示すように酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形で白
金Ｐｔの表面に付着する。次に、排気ガスに含まれるＮ
Ｏは、白金Ｐｔの表面上でＯ ₂ ^-又はＯ^2-と反応し、ＮＯ
₂となる（２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂）。

【００３５】その後、生成されたＮＯ₂は、ＮＯx触媒の
ＮＯx吸収能力が飽和しない限り、白金Ｐｔ上で酸化さ
れながら酸化バリウム（ＢａＯ）に移動して、硝酸イオ
ンＮＯ₃ ^-の形でＮＯx触媒内に拡散する。このようにし
てＮＯxがＮＯx触媒内に吸収される。

【００３６】これに対し、流入排気の空燃比がストイキ
またはリッチになって流入排気中の酸素濃度が低下した
場合は、ＮＯ₂の生成量が低下し、前記反応とは逆の反
応によって、ＮＯx触媒内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-は、ＮＯ₂
またはＮＯの形でＮＯx触媒から放出される。

【００３７】一方、流入排気中にＨＣ，ＣＯ等の還元成
分が存在すると、これらの成分は白金Ｐｔ上の酸素Ｏ₂ ^-
又はＯ^2-と反応して酸化され、排気中の酸素を消費して
排気中の酸素濃度を低下させる。また、排気中の酸素濃
度低下によりＮＯx触媒から放出されたＮＯ₂またはＮ
Ｏは、図２（Ｂ）に示すように、ＨＣ，ＣＯと反応して
還元されＮ₂となる。このようにして白金Ｐｔ上のＮＯ
₂またはＮＯが存在しなくなると、ＮＯx触媒から次か
ら次へとＮＯ₂またはＮＯが放出される。

【００３８】即ち、流入排気中の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さ
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ＨＣ，ＣＯによ
ってＮＯx触媒から放出されたＮＯxおよびエンジンから
排出されたＮＯxがＮ₂に還元される。

【００３９】したがって、流入排気の空燃比をストイキ
またはリッチにすれば短時間の内にＮＯx触媒に吸収さ
れているＮＯxが放出され、しかも、この放出されたＮ
Ｏxが還元されるために大気中にＮＯxが排出されるのを
阻止することができる。

【００４０】ところで、ディーゼルエンジンの場合は、
ストイキ（理論空燃比、Ａ／Ｆ＝１３〜１４）よりもは
るかにリーン域で燃焼が行われるので、通常の機関運転
状態ではＮＯx触媒に流入する排気の空燃比は非常にリ
ーンであり、排気中のＮＯxはＮＯx触媒に吸収され、Ｎ
Ｏx触媒から放出されるＮＯx量は極めて少ない。

【００４１】また、ガソリン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またはリッチにすること
により排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにし、
排気ガス中の酸素濃度を低下させて、ＮＯx触媒に吸収
されているＮＯxを放出させ再生することができるが、
ディーゼルエンジンの場合には、燃焼室に供給する混合
気をストイキまた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。

【００４２】したがって、ディーゼルエンジンでは、Ｎ
Ｏx触媒のＮＯx吸収能力が飽和する前に所定のタイミン
グで、燃焼用の混合気とは別に還元剤としての燃料を直
接、ＮＯx触媒に供給してＮＯxの放出を行う必要があ
る。そのため、この実施の形態では、ＮＯx触媒３１か
らＮＯxの放出を行うときには、エンジン１の膨張行程
あるいは排気行程において気筒内に燃料を副噴射するこ
とにより、ＮＯx触媒３１に流入する排気の空燃比をス
トイキまたはリッチにしている。

【００４３】次に、ＮＯx触媒のＳＯx被毒のメカニズム
について説明する。排気中にＳＯx成分が含まれている
と、ＮＯx触媒は上述のＮＯxの吸収と同じメカニズムで
排気中のＳＯxを吸収する。即ち、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触媒の
白金Ｐｔの表面に付着しており、流入排気中のＳＯx
（例えばＳＯ₂）は白金Ｐｔの表面上で酸化されてＳＯ₃
となる。

【００４４】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酸化バリウム（ＢａＯ）に移
動して、硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でＮＯx触媒内に拡散し
硫酸塩ＢａＳＯ₄を形成する。ＢａＳＯ₄は結晶が粗大化
し易く、比較的安定し易いため、一旦生成されると分解
放出されにくい。このため、時間の経過とともにＮＯx
触媒中のＢａＳＯ₄の生成量が増大するとＮＯx触媒の吸
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。したがって、ＮＯx触媒のＮＯx浄化
能を長期に亘って高く維持するためには、ＮＯx触媒に
吸収されているＳＯxを適宜のタイミングで放出させる
必要がある。

【００４５】このＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを放出さ
せるには、流入排気空燃比をストイキまたはリッチに
し、且つ、ＮＯx触媒からＮＯxを放出させる通常の再生
時よりもＮＯx触媒温度を高温にする必要があり、さら
に酸素の存在が必要である。

【００４６】この実施の形態では、ＮＯx触媒からＳＯx
の放出を行うときには、ＮＯx放出のときと同様に、エ
ンジン１の膨張行程あるいは排気行程において気筒内に
燃料を副噴射することにより、ＮＯx触媒３１に流入す
る排気の空燃比をストイキまたはリッチにしている。

【００４７】次に、本実施の形態における排気浄化装置
の作用について説明する。前述したように、エンジン１
はディーゼルエンジンのため通常の運転状態では排気空
燃比はリーンであり酸素濃度が高い。したがって、この
排気がＮＯx触媒３１に流れると、排気中のＮＯxはＮＯ
x触媒３１に吸収される。

【００４８】ここで、この実施の形態では、排気中のＮ
ＯxをＮＯx触媒３１で吸収するときには、ＥＣＵ５０
は、燃料噴射弁７を、主噴射のみ実行し副噴射を実行し
ないように制御する。

【００４９】尚、ＮＯxの吸収は、触媒コンバータ３０
の入口３０ａに近い側のＮＯx触媒３１から始まり、徐
々に出口３０ｂに近い側のＮＯx触媒３１に広がってい
くこととなる。

【００５０】＜ＮＯx放出処理＞空燃比リーンの排気を
触媒コンバータ３０に流していると、触媒コンバータ３
０に吸収されたＮＯx量が増大し、そのまま続行してい
るとＮＯx吸収能力が飽和してしまう。そこで、触媒コ
ンバータ３０のＮＯx吸収能力が飽和する前の所定の時
期に、触媒コンバータ３０のＮＯx触媒３１からＮＯxの
放出処理を行う。ここで、ＮＯx放出処理を実行する所
定の時期としては、例えば、ＥＣＵ５０によりエンジン
１の運転時間を積算し、この積算時間が所定時間に達し
た時としてもよいし、ＥＣＵ５０によりエンジン１の運
転状態の履歴からＮＯx吸収量を推定し、この推定吸収
量が所定量に達した時としてもよい。

【００５１】ＮＯx放出処理を実行するときには、ＥＣ
Ｕ５０は、燃料噴射弁７を、主噴射と副噴射の両方を実
行するように制御し、副噴射における燃料噴射弁７の開
弁時期及び開弁期間、副噴射の回数等を制御する。尚、
このＮＯx放出処理においては、図３に示すように、所
定の期間、副噴射を連続的に実行する。

【００５２】膨張行程あるいは排気行程で燃料を副噴射
することにより排気の空燃比はストイキまたはリッチに
なり、このストイキまたはリッチの空燃比の排気を触媒
コンバータ３０に流すことによって、ＮＯx触媒３１に
吸収されていたＮＯxを放出し、還元して、Ｎ₂として大
気に排出することができる。

【００５３】＜ＳＯx放出処理＞ところで、前述したよ
うに、ＮＯx触媒３１は排気中のＮＯxを吸収すると同時
に排気中のＳＯxも吸収し、ＳＯxの吸収量が増大してく
るとＮＯx触媒３１のＮＯx吸収能力が低下してしまい、
たとえ前記ＮＯx放出処理を実行しても初期のＮＯx吸収
能力に回復することができなくなってしまう。

【００５４】また、前述したように、ＮＯx触媒３１か
らＳＯxを放出させるためにはＮＯx放出時よりも高い触
媒温度が必要であり、前記ＮＯx放出処理ではＮＯx触媒
３１からＳＯxを放出させることができない。

【００５５】そこで、ＮＯx触媒３１のＳＯx被毒がひど
くならない所定の時期（即ち、ＮＯx浄化率を低下さ
せ、ＮＯx排出量を増加させる危険が生じる前）に、触
媒コンバータ３０のＮＯx触媒３１からＳＯxの放出処理
を行う。ここで、ＳＯx放出処理を実行する所定の時期
としては、例えば、ＥＣＵ５０によりエンジン１の運転
時間を積算し、この積算時間が所定時間に達した時とし
てもよいし、ＥＣＵ５０によりエンジン１の運転状態の
履歴からＳＯx吸収量を推定し、この推定吸収量が所定
量に達した時とすることができる。

【００５６】ＳＯx放出処理時には高い触媒温度が必要
であるので、排気温度が高くなるエンジン１の加速運転
時や高負荷運転時に合わせてＳＯx放出処理が実行され
るようにＥＣＵ５０により制御してもよいし、あるい
は、ＳＯx放出処理時には積極的に排気温度を高くする
ようにＥＣＵ５０によりエンジン１の運転状態を制御し
てもよい。いずれにしても、ＥＣＵ５０は、ＮＯx触媒
３１の触媒温度がＳＯx放出処理に適した温度範囲にな
っているときに、ＳＯx放出処理を実行する。

【００５７】ＳＯx放出処理を実行するときには、ＥＣ
Ｕ５０は、燃料噴射弁７を、主噴射と副噴射の両方を実
行するように制御し、副噴射における燃料噴射弁７の開
弁時期及び開弁期間、副噴射の回数等を制御する。

【００５８】ところで、このＳＯx放出処理は、ＮＯx放
出処理のときよりも触媒温度の高い温度条件で行う必要
があることは既に述べたが、このような温度条件下でＮ
Ｏx放出処理と同じように燃料を副噴射したのでは、排
気が触媒コンバータ３０における上流域を流れる間に排
気中の酸素が消費し尽くされてしまい触媒コンバータ３
０における下流域では酸素が存在しなくなり、この下流
域をＳＯx放出可能な雰囲気にすることができない。

【００５９】そこで、ＳＯx放出処理における副噴射で
は、１回の副噴射による燃料噴射量をＮＯx放出処理の
ときよりも多くしてＮＯx放出処理時よりも排気空燃比
のリッチ度合を深くし、且つ、図３に示すように副噴射
を間欠的（スパイク的）に複数回に分けて実行して、ト
ータルとして流入排気空燃比をストイキまたはリッチと
し且つ触媒コンバータ３０における下流端において所定
量の酸素が存在する雰囲気を形成する。以下、トータル
で流入排気空燃比をストイキまたはリッチとし且つ所定
量の酸素が存在する雰囲気をトータルリッチと称す。

【００６０】そして、触媒コンバータ３０における下流
端までトータルリッチとなるように、ＥＣＵ５０は、排
気温センサ１３で検出した排気温度で代用される触媒床
温度と、エンジン１から排出される排気の酸素濃度及び
還元剤濃度に基づいて、ＳＯx放出処理期間中に副噴射
すべき燃料量と供給すべき酸素量を決定する。

【００６１】尚、触媒コンバータ３０における下流端ま
でトータルリッチにする間欠副噴射法としては、副噴
射実行期間Ｘを副噴射休止期間Ｙよりも短時間にし、リ
ーン空燃比状態の排気中に還元剤をスパイク的に供給す
る方法と、副噴射実行期間Ｘを副噴射休止期間Ｙより
も長時間にし、リッチ空燃比状態の排気中に酸素をスパ
イク的に供給する方法がある。

【００６２】このように間欠副噴射を実行し、触媒コン
バータ３０における下流端までトータルリッチにする
と、触媒コンバータ３０内の全てのＮＯx触媒３１に吸
収されているＳＯxを放出還元して、ＳＯ₂として大気に
排出することができる。なお、ＳＯx放出処理を実行す
ると、ＮＯx触媒３１に吸収されているＮＯxも放出・還
元されてＮ₂となって排出される。

【００６３】また、上述のようにＳＯx放出処理のため
に間欠副噴射を実行しても、触媒コンバータ３０におけ
る上流域のＮＯx触媒３１の触媒温度が余り高いと、排
気が触媒コンバータ３０の上流域を流れる間に酸素が消
費し尽くされる虞れがある。これに対処するには、触媒
コンバータ３０の前端部の温度が低下したとき（例え
ば、減速時やアイドル運転時）にＳＯx放出処理を実行
すると、触媒コンバータ３０における下流域を確実に酸
素の存在する雰囲気にすることができる。触媒コンバー
タ３０の前端部の温度が低下したときには触媒コンバー
タ３０の後端部の温度が高くなっているので、後端側の
ＮＯx触媒３１からＳＯxの放出・還元が始まり、昇温と
ともにＳＯxの放出・還元が触媒コンバータ３０の前端
側に進行していく。

【００６４】このように、この実施の形態の排気浄化装
置によれば、ＮＯx触媒３１に吸収されたＳＯxを確実に
且つ十分に放出・還元することができ、その結果、触媒
コンバータ３０のＮＯx吸収能力を十分に回復させるこ
とができる。

【００６５】この第１の実施の形態において燃料噴射弁
７と副噴射制御を行うＥＣＵ５０は再生手段を構成する
とともに、トータルリッチ化手段を構成する。

【００６６】〔第２の実施の形態〕第１の実施の形態で
は、触媒コンバータ３０における下流端までトータルリ
ッチにする手法として間欠副噴射を採用したが、この第
２の実施の形態では、副噴射については連続で行い、触
媒コンバータ３０における下流域に二次空気を供給する
ことで、下流域をトータルリッチにする。

【００６７】そのために、この実施の形態における触媒
コンバータ３０には、図４に示すように、その内部の上
流域に配置されたＮＯx触媒３１ａと下流域に配置され
たＮＯx触媒３１ｂとの間に、空気供給ノズル２２が介
挿されており、空気供給装置２３から供給された二次空
気を空気供給ノズル２２から下流域のＮＯx触媒３１ｂ
に供給できるようにしている。尚、空気供給装置２３の
運転はＥＣＵ５０によって制御される。

【００６８】この場合、ＮＯx放出処理のときよりも排
気空燃比のリッチ度合が深くなるように副噴射を行い、
この副噴射を連続して行いつつ、空気供給ノズル２２か
ら触媒コンバータ３０の下流域に二次空気を供給する。
このようにすれば、触媒コンバータ３０の下流端までト
ータルリッチな雰囲気にすることができ、下流端でもＳ
Ｏxの放出・還元が可能になる。

【００６９】その他の構成については、第１の実施の形
態と同じであるので、図中、同一態様部分に同一符号を
付して説明を省略する。また、上述構成の排気浄化装置
でＳＯx放出処理を行う場合に、初めに触媒コンバータ
３０の下流域のＮＯx触媒３１ｂについてＳＯx放出処理
を行い、次に上流域のＮＯx触媒３１ａについてＳＯx放
出処理を行うこともできる。この場合、下流域のＮＯx
触媒３１ｂについてＳＯx放出処理を行うときには、触
媒コンバータ３０に流入する排気中の酸素が存在しない
かあるいは少ない状態にして、空気供給ノズル２２から
下流域のＮＯx触媒３１ｂに二次空気を供給し、上流域
のＮＯx触媒３１ａについてＳＯx放出処理を行うときに
は、空気供給ノズル２２からの二次空気の供給を停止
し、触媒コンバータ３０に流入する排気中の酸素が増量
する状態にする。尚、いずれの領域のＮＯx触媒３１
ａ，３１ｂについてＳＯx放出処理を行うときにも、排
気空燃比のリッチ度合はＮＯx放出処理時よりも深くす
る。

【００７０】この実施の形態において、空気供給ノズル
２２と空気供給装置２３は、酸素供給手段及びトータル
リッチ化手段を構成する。

【００７１】〔第３の実施の形態〕第３の実施の形態
は、触媒コンバータの排気の流れ方向をＮＯx吸収時と
は逆方向にしてＳＯx放出処理を行う、いわゆる逆流再
生法に本発明を適用した例である。

【００７２】触媒コンバータ内のＳＯxの吸収量の分布
は、排気入口側（前端側）に近いほど多くなっており、
そのため、ＳＯx放出処理に際してストイキまたはリッ
チの空燃比の排気を通常のＮＯx吸収時と同じ方向に流
すと、触媒コンバータの排気入口側に吸収されていたＳ
Ｏxが放出されても、放出されたＳＯxが触媒コンバータ
の中を排気出口側（後端側）に移動して出口側のＮＯx
触媒に再吸収されるという問題がある。

【００７３】この問題の解決策として開発されたのが、
ＳＯx放出処理時にストイキまたはリッチの空燃比の排
気をＮＯx吸収時とは逆方向に流す逆流再生法である。
これは、ストイキまたはリッチの空燃比の排気を触媒コ
ンバータの後端側から流入させ前端側から流出させて排
気の流れを逆方向にしてＳＯxの放出を行えば、触媒コ
ンバータの前端側に吸収されていたＳＯxが放出される
と直ちに触媒コンバータの外に排出されるようになるの
で、放出されたＳＯxが触媒コンバータ内のＮＯx触媒に
再吸収されなくなる、という考えに基づいている。

【００７４】しかしながら、この逆流再生法によりＳＯ
x放出処理を行った場合にも、ストイキまたはリッチの
空燃比の排気が触媒コンバータの前端側のＳＯx吸収領
域に達する前に、触媒コンバータの後端側において排気
中の酸素が消費し尽くされてしまい、ＳＯx吸収領域で
は酸素が存在しなくなり、ＳＯx吸収領域をＳＯx放出可
能な雰囲気にすることができなかった。

【００７５】本発明によれば、このような逆流再生法に
よるＳＯx放出処理の場合にも、ＳＯx吸収領域をＳＯx
放出可能な雰囲気にすることができる。以下、図５及び
図６を参照して第３の実施の形態の内燃機関の排気浄化
装置を説明する。

【００７６】図５は、内燃機関としてのディーゼルエン
ジンの排気浄化装置の概略構成を示す図である。この図
において、エンジン１は直列４気筒であり、吸気管２及
び吸気マニホルド３を介して各気筒に吸気が供給され
る。

【００７７】燃料タンク４の燃料（軽油）は吐出圧制御
可能な燃料供給ポンプ５によって吸い上げられてコモン
レール６に供給される。エンジンコントロール用電子制
御ユニット（ＥＣＵ）５０は、コモンレール６内の燃料
圧力がエンジン１の運転状態に応じて所定圧力値となる
ように、燃料供給ポンプ５の運転を制御する。

【００７８】また、エンジン１には、コモンレール６か
ら供給される燃料を各気筒内に噴射する燃料噴射弁７が
設けられており、燃料噴射弁７の開弁時期及び開弁期間
は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ５０によって
制御される。

【００７９】各気筒の燃焼室には、各気筒における圧縮
上死点近傍において対応する燃料噴射弁７から燃料が主
噴射され、この燃料の爆発によって生じた排気が排気マ
ニホールド８を介して排気管９に排出される。尚、この
第３の実施の形態では、燃料噴射弁７から燃料の副噴射
は実行されない。

【００８０】排気管９は４つのポートを備えた排気切替
弁（排気流れ方向切替手段）２０の第１ポートに接続さ
れている。排気切替弁２０の第２ポートは排気を大気に
排出する排気管１０に接続され、排気切替弁２０の第３
ポートは排気管１２を介して触媒コンバータ３０の入口
３０ａに接続され、排気切替弁２０の第４ポートは排気
管１１を介して触媒コンバータ３０の出口３０ｂに接続
されている。触媒コンバータ３０にはＮＯx触媒（即
ち、吸蔵還元型ＮＯx触媒）３１が収容されている。

【００８１】排気切替弁２０は、その弁体を図６に示す
順流位置と図５に示す逆流位置に切り替えることによっ
て、触媒コンバータ３０を流れる排気の流れ方向を変え
るためのバルブである。前記弁体が図６に示す順流位置
に位置しているとき、排気切替弁２０は、排気管９と排
気管１２とを接続するとともに排気管１０と排気管１１
とを接続し、この時、排気は、排気管９→排気管１２→
触媒コンバータ３０→排気管１１→排気管１０の順に流
れて、大気に放出される。このように排気が触媒コンバ
ータ３０の入口３０ａから出口３０ｂに向かって流れる
流れ方向を、以下の説明においては「順流」と称す。ま
た、排気切替弁２０の弁体が図５に示す逆流位置に位置
しているとき、排気切替弁２０は、排気管９と排気管１
１とを接続するとともに排気管１０と排気管１２とを接
続し、この時、排気は、排気管９→排気管１１→触媒コ
ンバータ３０→排気管１２→排気管１０の順に流れて、
大気に放出される。このように排気が触媒コンバータ３
０の出口３０ｂから入口３０ａに向かって流れる流れ方
向を、以下の説明においては「逆流」と称す。

【００８２】この排気切替弁２０はアクチュエータ２１
に駆動されて弁位置の切り替えが行われ、アクチュエー
タ２１はＥＣＵ５０により制御される。排気切替弁２０
の弁位置制御については後で詳述する。

【００８３】排気管１２において触媒コンバータ３０の
入口３０ａの近傍には、触媒コンバータ３０に流入する
排気の温度に対応した出力信号をＥＣＵ５０に出力する
排気温センサ１３が取り付けられている。

【００８４】排気管１１において触媒コンバータ３０の
出口３０ｂの上流には、還元剤供給ノズル２４と空気供
給ノズル２５が設置されている。還元剤供給ノズル２４
は、還元剤供給装置２６から供給される還元剤としての
燃料（軽油）を、排気管１１を流れる排気中に噴射し、
空気供給ノズル２５は、空気供給装置２７から供給され
る二次空気を、排気管１１を流れる排気中に噴射する。
還元剤供給装置２６及び空気供給装置２７は後で詳述す
るようにＥＣＵ５０によって作動制御される。

【００８５】また、ＥＣＵ５０の入力ポートには、第１
の実施の形態と同様に、アクセル開度センサ１４からの
入力信号と、クランク角センサ１５からの入力信号が入
力される。

【００８６】次に、第３の実施の形態における排気浄化
装置の作用について説明する。まず、排気中のＮＯxを
ＮＯx触媒３１で吸収するときには、ＥＣＵ５０は、ア
クチュエータ２１を、排気切替弁２０の弁体が図６に示
す順流位置に保持されるように制御し、触媒コンバータ
３０における排気の流れ方向を入口３０ａから出口３０
ｂに向かって流れる順流とする。このように排気を順流
で流した場合には、ＮＯxの吸収は、触媒コンバータ３
０の入口３０ａに近い側のＮＯx触媒３１から始まり、
徐々に出口３０ｂに近い側のＮＯx触媒３１に広がって
いくこととなる。

【００８７】＜ＮＯx放出処理＞ＮＯx放出処理を実行す
るときには、ＥＣＵ５０は、アクチュエータ２１を、排
気切替弁２０の弁体が図６に示す順流位置に保持される
ように制御し、触媒コンバータ３０内における排気の流
れ方向をＮＯx吸収時と同じ順流とする。そして、触媒
コンバータ３０に流入する排気の空燃比が所定のリッチ
条件あるいはストイキとなるように、ＥＣＵ５０は還元
剤供給装置２６を作動制御する。このＮＯx放出処理時
には、還元剤供給ノズル２４から燃料が連続的に供給さ
れる。ストイキまたはリッチの空燃比の排気を触媒コン
バータ３０に流すことにより、ＮＯx触媒３１に吸収さ
れていたＮＯxは放出され、還元されて、Ｎ₂として大気
に排出される。

【００８８】＜ＳＯx放出処理＞ＳＯx放出処理を実行す
るときには、ＥＣＵ５０は、アクチュエータ２１を、排
気切替弁２０の弁体が図５に示す逆流位置に保持される
ように制御し、触媒コンバータ３０内における排気の流
れ方向をＮＯx吸収時と逆（即ち、出口３０ｂから入口
３０ａに向かう方向）の逆流する。そして、触媒コンバ
ータ３０における入口３０ａ側の端部までトータルリッ
チとなるように、ＥＣＵ５０は、還元剤供給装置２６、
空気供給装置２７を作動制御する。

【００８９】触媒コンバータ３０における入口３０ａ側
の端部までトータルリッチにするには、次の、のい
ずれの制御方法でも実行することができる。還元剤供給ノズル２４から燃料を連続して噴射し
て、酸素のない所定のリッチ空燃比の排気を連続的に触
媒コンバータ３０に供給するようにし、これと同時に、
空気供給ノズル２５から間欠的に二次空気を供給する。

【００９０】通常運転時におけるディーゼルエンジ
ン１の排気は酸素過剰のリーン状態であるので、空気供
給ノズル２５からの二次空気の供給は行わずして、還元
剤供給ノズル２４からの燃料供給を間欠的に行い、且
つ、ＮＯx放出処理の時よりもリッチ度合の大きい所定
のリッチ空燃比となるように還元剤供給量を制御する。

【００９１】また、この逆流再生によるＳＯx放出処理
のときにも、ＳＯx吸収領域に酸素を残存させるために
は、ＳＯx放出処理時における触媒コンバータ３０の上
流域の温度が下流域よりも低い方が有利である。

【００９２】排気の流れを順流にして行うＮＯx吸収時
において触媒コンバータ３０の入口３０ａ側が温度上昇
した直後（例えば、加速直後）は、触媒コンバータ３０
の出口３０ｂ側の温度は入口３０ａ側よりも低くなるは
ずであるから、このタイミングの時に逆流再生によるＳ
Ｏx放出処理を実行すれば、ＳＯxが吸収されている入口
３０ａ側に還元剤及び酸素が供給され易くなる。ここ
で、図７に示すように、触媒コンバータ３０の入口３０
ａにおける触媒温度が所定の温度ウィンドウよりも高温
で、出口３０ｂにおける触媒温度が前記温度ウィンドウ
よりも低温となったときに、逆流再生によるＳＯx放出
処理を実行するのがより好ましい。

【００９３】この第３の実施の形態排気浄化装置によっ
ても、ＮＯx触媒３１に吸収されたＳＯxを確実に且つ十
分に放出・還元することができ、その結果、触媒コンバ
ータ３０のＮＯx吸収能力を十分に回復させることがで
きる。

【００９４】また、この実施の形態においては、ただ一
つの排気切替弁２０の弁位置を切替操作するだけで、触
媒コンバータ３０を流れる排気の流れ方向を順流と逆流
に切り替えることができ、構造が簡単で、安価にでき
る。

【００９５】この実施の形態において、還元剤供給ノズ
ル２４と還元剤供給装置２６は再生手段及びトータルリ
ッチ化手段を構成し、空気供給ノズル２５と空気供給装
置２７はトータルリッチ化手段を構成する。

【００９６】〔第４の実施の形態〕図８は、第４の実施
の形態における排気浄化装置の概略構成を示す図であ
る。第４の実施の形態における排気浄化装置は、第３の
実施の形態の構成を基本として、触媒コンバータ３０の
上流にＳトラップ４０が設けられている。詳述すると、
Ｓトラップ４０は、排気切替弁２０の第３ポートと触媒
コンバータ３０の入口３０ａとを接続する排気管１２
Ａ，１２Ｂの間に設置されている。Ｓトラップ４０に
は、ＳＯx吸収能力が高い吸蔵還元型ＮＯx触媒からなる
Ｓトラップ材（ＳＯx吸収剤）４１が収容されている。

【００９７】また、第４の実施の形態の排気浄化装置で
は、Ｓトラップ４０の出口４０ｂと触媒コンバータ３０
の入口３０ａとを接続する排気管１２Ｂに、還元剤供給
ノズル２４と空気供給ノズル２５が設置されている。

【００９８】排気切替弁２０の弁体が順流位置に保持さ
れているとき、エンジン１から排出された排気は、排気
管９→排気管１２Ａ→Ｓトラップ４０→排気管１２Ｂ→
触媒コンバータ３０→排気管１１→排気管１０を通って
大気に排出される。このとき、排気中のＳＯxはＳトラ
ップ４０に吸収され、触媒コンバータ３０に流れること
は殆どない。このように、Ｓトラップ４０は、触媒コン
バータ３０のＮＯx触媒３１がＳＯx被毒するのを防止す
るものである。また、排気中のＮＯxは触媒コンバータ
３０のＮＯx触媒３１に吸収される。

【００９９】ＮＯx放出処理時には、排気の流れ方向は
第３の実施の形態の場合と同様に順流にされ、Ｓトラッ
プ４０を通過した排気中に還元剤供給ノズル２４から燃
料が噴射され、これによりストイキまたはリッチの空燃
比となった排気が触媒コンバータ３０に流入して、ＮＯ
x触媒３１に吸収されているＮＯxが放出・還元される。

【０１００】そして、ＳＯx放出処理時には、図８に示
すように、排気の流れ方向は第３の実施の形態の場合と
同様に逆流にされ、触媒コンバータ３０を通過した排気
中に還元剤供給ノズル２４から燃料が噴出され、これに
よりリッチ空燃比となった排気がＳトラップ４０に流入
して、Ｓトラップ４０のＳトラップ材４１に吸収されて
いるＳＯxが放出・還元される。

【０１０１】このＳトラップ４０のＳＯx放出処理を行
う際に、還元剤供給ノズル２４からの燃料の噴射を、第
３の実施の形態のＳＯx放出処理と同様に行う。即ち、
Ｓトラップ４０の入口４０ａ側の端部までトータルリッ
チとなるように、ＥＣＵ５０が還元剤供給装置２６、空
気供給装置２７の作動制御を行う。

【０１０２】Ｓトラップ４０における入口４０ａ側の端
部までトータルリッチにするための還元剤供給装置２
６、空気供給装置２７の作動制御方法は第３の実施の形
態の場合と同じであり、次の、のいずれの制御方法
でも実行することができる。

【０１０３】還元剤供給ノズル２４から燃料を連続
して噴射して、酸素のない所定のリッチ空燃比の排気を
連続的にＳトラップ４０に供給するようにし、これと同
時に、空気供給ノズル２５から間欠的に二次空気を供給
する。

【０１０４】通常運転時におけるディーゼルエンジ
ン１の排気は酸素過剰のリーン状態であるので、空気供
給ノズル２５からの二次空気の供給は行わずして、還元
剤供給ノズル２４からの燃料供給を間欠的に行い、且
つ、ＮＯx放出処理の時よりもリッチ度合の大きい所定
のリッチ空燃比となるように還元剤供給量を制御する。

【０１０５】この実施の形態において、還元剤供給ノズ
ル２４と還元剤供給装置２６は再生手段及びトータルリ
ッチ化手段を構成し、空気供給ノズル２５と空気供給装
置２７はトータルリッチ化手段を構成する。

【０１０６】〔第５の実施の形態〕図９は、第５の実施
の形態における排気浄化装置の概略構成を示す図であ
る。第５の実施の形態における排気浄化装置は第４の実
施の形態の変形例である。以下、第５の実施の形態が第
４の実施の形態と相違する点を説明する。

【０１０７】第５の実施の形態では、排気管９と排気管
１２Ｂとが排気管１６によって接続されており、この排
気管１６の途中に開閉弁１７が設置されている。開閉弁
１７はアクチュエータ１８によって開閉駆動され、アク
チュエータ１８はＥＣＵ５０によって制御される。ま
た、排気管９において排気管１６との接続点よりも上流
に、還元剤供給ノズル２４と空気供給ノズル２５が設置
されている。

【０１０８】この排気浄化装置においては、ＮＯx吸収
時には、排気切替弁２０の弁体を順流位置に保持し、開
閉弁１７を閉状態に保持する。この状態は第４の実施の
形態におけるＮＯx吸収時と同じであり、その作用も同
じである。

【０１０９】ＮＯx放出処理時には、開閉弁１７を閉状
態に保持したまま、排気切替弁２０の弁体を逆流位置に
切り替える。これにより、排気は触媒コンバータ３０を
通った後にＳトラップ４０へと流れる逆流となる。そし
て、排気中には還元剤供給ノズル２４から燃料が噴出さ
れ、これによりストイキまたはリッチの空燃比となった
排気が触媒コンバータ３０に流入して、触媒コンバータ
３０のＮＯx触媒３１に吸収されていたＮＯxが放出・還
元される。この第５の実施の形態においてＮＯx放出処
理を逆流で行っている理由は、順流で行ったのでは、還
元剤供給ノズル２４から供給した燃料が触媒コンバータ
３０に到達する前にＳトラップ４０で消費されてしまう
からである。

【０１１０】次に、ＳＯx放出処理時には、図９に示す
ように、開閉弁１７を開状態に切り替え、排気切替弁２
０の弁体を逆流位置に保持する。これにより、排気の多
くが排気管９から排気管１６に流れ、Ｓトラップ４０を
通って排気管１０に流れ、大気に放出される。そして、
一部の少量の排気が排気管９から排気管１１に流れ、触
媒コンバータ３０を通り排気管１２Ｂを通ってＳトラッ
プ４０に流れる。このように触媒コンバータ３０を流れ
る排気の流量が少なくなるのは、触媒コンバータ３０の
抵抗による。

【０１１１】そして、このＳＯx放出処理時には、還元
剤供給ノズル２４からの燃料噴射によりＳトラップ４０
の入口４０ａ側の端部までトータルリッチとなるよう
に、ＥＣＵ５０が還元剤供給装置２６、空気供給装置２
７を作動制御する。

【０１１２】Ｓトラップ４０における入口４０ａ側の端
部までトータルリッチにするための還元剤供給装置２
６、空気供給装置２７の作動制御方法は第４の実施の形
態の場合と同じであり、次の、のいずれの制御方法
でも実行することができる。

【０１１３】還元剤供給ノズル２４から燃料を連続
して噴射して、酸素のない所定のリッチ空燃比の排気を
連続的にＳトラップ４０に供給するようにし、これと同
時に、空気供給ノズル２５から間欠的に二次空気を供給
する。

【０１１４】通常運転時におけるディーゼルエンジ
ン１の排気は酸素過剰のリーン状態であるので、空気供
給ノズル２５からの二次空気の供給は行わずして、還元
剤供給ノズル２４からの燃料供給を間欠的に行い、且
つ、ＮＯx放出処理の時よりもリッチ度合の大きい所定
のリッチ空燃比となるように還元剤供給量を制御する。

【０１１５】〔第６の実施の形態〕図１０は、本発明に
係る内燃機関の排気浄化装置の第６の実施の形態におけ
る概略構成を示している。

【０１１６】この実施の形態における内燃機関はリーン
バーンガソリンエンジンである。周知のように、リーン
バーンガソリンエンジンの場合には、ディーゼルエンジ
ンの場合と違って、燃焼室における空燃比がリーンとリ
ッチのどちらでも運転が可能である。そこで、この実施
の形態では、排気のトータルリッチ化を、気筒毎に燃焼
用の空燃比を制御することにより行っている。

【０１１７】まず、図１０を参照してこの排気浄化装置
の構成を説明する。このエンジン６０は直列４気筒リー
ンバーンガソリンエンジン（以下、エンジンと略す）で
あり、図示しない吸気管から各気筒６１〜６４に吸気が
供給される。エンジン１には、各気筒６１〜６４の燃焼
室に圧縮上死点付近で燃料を噴射する燃料噴射弁７１，
７２，７３，７４が設置されており、各燃料噴射弁７１
〜７４の開弁時期及び開弁期間は、エンジン１の運転状
態に応じてＥＣＵ１００によって制御される。

【０１１８】１番気筒６１の排気と４番気筒６４の排気
は排気管８１に排出され、２番気筒６２の排気と３番気
筒６３の排気は排気管８２に排出される。排気管８１及
び排気管８２にはそれぞれ触媒コンバータ９１，９２が
設置されており、各触媒コンバータ９１，９２には吸蔵
還元型ＮＯx触媒（以下、ＮＯx触媒という）９３が収容
されている。

【０１１９】触媒コンバータ９１，９２を通過した排気
は排気管８３に排出され、ここで４つの気筒６１〜６４
から排出された排気が１つに合流する。排気管８３には
触媒コンバータ９４が設置されており、触媒コンバータ
９４には周知の三元触媒９５が収容されている。触媒コ
ンバータ９４を通過した排気は排気管８４を通って大気
に放出される。

【０１２０】次に、この排気浄化装置の作用を説明す
る。この排気浄化装置では、触媒コンバータ９１，９２
に対するＳＯx放出処理の実行時期をそれぞれ独立に判
定する。ＳＯx放出処理の実行時期は、第１の実施の形
態と同様であり、例えば、エンジン１の運転時間として
もよいし、それぞれの触媒コンバータ９１，９２に吸収
されたＳＯx量を推定することにより判定してもよい。

【０１２１】触媒コンバータ９１についてＳＯx放出処
理を実行する場合には、各気筒の空燃比を次のように制
御する。１番気筒６１と４番気筒６４のいずれか一方の
気筒を深いリッチ空燃比で運転し、他方の気筒をリーン
空燃比で運転して、１番気筒６１と４番気筒６４の２つ
の気筒のトータルでの排気空燃比をリッチとなるように
する。これにより、触媒コンバータ９１の出口９１ｂ側
の端部までトータルリッチにすることができる。また、
触媒コンバータ９１内で還元剤と酸素の燃焼が生じてＮ
Ｏx触媒９３の温度が上昇するので、ＳＯx放出処理に必
要な触媒温度が得られる。その結果、触媒コンバータ９
１に吸収されていたＳＯx及びＮＯxを放出・還元させる
ことができる。

【０１２２】そして、触媒コンバータ９１のＳＯx放出
処理実行中、２番気筒６２と３番気筒６３についてはリ
ーン空燃比で運転する。このとき、２番気筒６２及び３
番気筒６３から排出される排気中のＮＯx及びＳＯxは触
媒コンバータ９２のＮＯx触媒９３に吸収される。

【０１２３】さらに、触媒コンバータ９１のＳＯx放出
処理実行中、４つの気筒６１〜６４の排気が１つになる
排気管８３内における排気空燃比がストイキとなるよう
に、４つの気筒６１〜６４の空燃比を制御する。これに
より、触媒コンバータ９１のＳＯx放出処理時に触媒コ
ンバータ９１を通過した還元剤は、触媒コンバータ９４
の三元触媒９５によって浄化される。

【０１２４】この実施の形態では、燃料噴射弁７１〜７
４とＥＣＵ１００が、再生手段と、トータルリッチ化手
段（気筒制御手段）を構成することとなる。

【０１２５】

【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、内燃機関の排気通路に配置され流入する排気の
空燃比がリーンのときに排気中のＮＯxを吸収し流入す
る排気の空燃比がストイキまたはリッチのときに吸収し
たＮＯxを放出する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、この吸蔵還
元型ＮＯx触媒がＮＯx吸収時に吸収した排気中のＳＯx
を吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出させるときに流入する
排気の空燃比をストイキまたはリッチにする再生手段
と、前記再生手段によるＳＯx放出の実行の際、前記吸
蔵還元型ＮＯx触媒におけるＳＯx吸収領域に所定量の酸
素を供給残存させるトータルリッチ化手段を備えたこと
により、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを確実
にそして十分に放出・還元することができ、ＳＯx被毒
による吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力の低下を確
実に回復せしめることができるという優れた効果が奏さ
れる。

【０１２６】前記再生手段とトータルリッチ化手段によ
るＳＯx放出の実行タイミングを、ＳＯx放出時における
排気流れ方向での吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流側の触媒
温度が上流側の触媒温度よりも高いときとした場合に
は、より効果的にトータルリッチ化を実現することがで
きる。

【０１２７】前記トータルリッチ化手段が、ＳＯx放出
時における排気流れ方向での吸蔵還元型ＮＯx触媒の下
流側の触媒に酸素を供給する酸素供給手段を備える場合
には、吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流側を確実にトータル
リッチ化させることができる。

【０１２８】内燃機関を多気筒の内燃機関とし、前記ト
ータルリッチ化手段が、一部の気筒についてはリッチ空
燃比で燃料を燃焼し、他の気筒についてはリーン空燃比
で燃料を燃焼する気筒制御手段である場合には、装置構
成を簡略化することができる。

【０１２９】また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装
置によれば、内燃機関の排気通路に配置され流入する排
気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯxを吸収し流
入する排気の空燃比がストイキまたはリッチのときに吸
収したＮＯxを放出する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、この吸
蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流の前記排気通路に配置さ
れ流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＳＯ
xを吸収し流入する排気の空燃比がストイキまたはリッ
チのときに吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤と、こ
のＳＯx吸収剤が吸収したＳＯxをＳＯx吸収剤から放出
させるときに流入する排気の空燃比をストイキまたはリ
ッチにする再生手段と、前記再生手段によるＳＯx放出
の実行の際、前記ＳＯx吸収剤におけるＳＯx吸収領域に
所定量の酸素を供給残存させるトータルリッチ化手段を
備えたことにより、ＳＯx吸収剤に吸収されたＳＯxを確
実にそして十分に放出・還元することができ、吸蔵還元
型ＮＯx触媒のＳＯx被毒を防止することができるという
優れた効果が奏される。

【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第１
の実施の形態における概略構成図である。

【図２】吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸放出・還元作
用を説明する図である。

【図３】前記第１の実施の形態における燃料の副噴射
制御のタイミングチャートである。

【図４】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２
の実施の形態における概略構成図である。

【図５】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第３
の実施の形態における概略構成図であり、排気切替弁を
逆流位置に位置させたときを示す図である。

【図６】前記第３の実施の形態の排気浄化装置におい
て、排気切替弁を順流位置に位置させたときの要部を示
す図である。

【図７】前記第３の実施の形態の排気浄化装置におい
て、ＳＯx放出処理開始時の触媒床温度の一例を示す図
である。

【図８】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第４
の実施の形態における概略構成図である。

【図９】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第５
の実施の形態における概略構成図である。

【図１０】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第
６の実施の形態における概略構成図である。

【符号の説明】

１ディーゼルエンジン（内燃機関）７燃料噴射弁（再生手段、トータルリッチ化手段）９排気管（排気通路）１１排気管（排気通路）１２排気管（排気通路）１２Ａ排気管（排気通路）１２Ｂ排気管（排気通路）１６排気管（排気通路）１７開閉弁２０排気切替弁２２空気供給ノズル（トータルリッチ化手段）２３空気供給装置（トータルリッチ化手段）２４還元剤供給ノズル（再生手段、トータルリッチ化
手段）２５空気供給ノズル（トータルリッチ化手段）２６還元剤供給装置（再生手段、トータルリッチ化手
段）２７空気供給装置（トータルリッチ化手段）３０触媒コンバータ３１ＮＯx触媒（吸蔵還元型ＮＯx触媒）４０Ｓトラップ４１Ｓトラップ材（ＳＯx吸収剤）５０ＥＣＵ（再生手段、トータルリッチ化手段）６０リーンバーンガソリンエンジン（内燃機関）７１燃料噴射弁（再生手段、トータルリッチ化手段）７２燃料噴射弁（再生手段、トータルリッチ化手段）７３燃料噴射弁（再生手段、トータルリッチ化手段）７４燃料噴射弁（再生手段、トータルリッチ化手段）８１排気管（排気通路）８２排気管（排気通路）８３排気管（排気通路）８４排気管（排気通路）９１触媒コンバータ９２触媒コンバータ９３ＮＯx触媒（吸蔵還元型ＮＯx触媒）１００ＥＣＵ（再生手段、トータルリッチ化手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井口哲愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G091 AA13 AA17 AA18 AA28 AB06 AB08 AB09 BA11 BA14 CA16 CA22 CB02 CB03 EA01 EA03 EA07 EA17 FA14 FA17 FB11 FB12 GA06 GB02Y GB02Z GB03Y GB03Z GB04Y GB04Z GB06Y GB06Z HA02 HA08 HA18 HA36 HB03 HB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に配置され流入する
排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯxを吸収し
流入する排気の空燃比がストイキまたはリッチのときに
吸収したＮＯxを放出する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、この
吸蔵還元型ＮＯx触媒がＮＯx吸収時に吸収した排気中の
ＳＯxを吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出させるときに流入
する排気の空燃比をストイキまたはリッチにする再生手
段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記再生手段によるＳＯx放出の実行の際、前記吸蔵還
元型ＮＯx触媒におけるＳＯx吸収領域に所定量の酸素を
供給残存させるトータルリッチ化手段を備えたことを特
徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記再生手段とトータルリッチ化手段に
よるＳＯx放出の実行タイミングは、ＳＯx放出時におけ
る排気流れ方向での吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流側の触
媒温度が上流側の触媒温度よりも高いときであることを
特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】前記トータルリッチ化手段は、ＳＯx放
出時における排気流れ方向での吸蔵還元型ＮＯx触媒の
下流側の触媒に酸素を供給する酸素供給手段を備えるこ
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。
【請求項４】前記内燃機関は多気筒の内燃機関であ
り、前記トータルリッチ化手段は、一部の気筒について
はリッチ空燃比で燃料を燃焼し、他の気筒についてはリ
ーン空燃比で燃料を燃焼する気筒制御手段であることを
特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】内燃機関の排気通路に配置され流入する
排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯxを吸収し
流入する排気の空燃比がストイキまたはリッチのときに
吸収したＮＯxを放出する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、この
吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流の前記排気通路に配置
され流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＳ
Ｏxを吸収し流入する排気の空燃比がストイキまたはリ
ッチのときに吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤と、
このＳＯx吸収剤が吸収したＳＯxをＳＯx吸収剤から放
出させるときに流入する排気の空燃比をストイキまたは
リッチにする再生手段と、を備えた内燃機関の排気浄化
装置において、前記再生手段によるＳＯx放出の実行の際、前記ＳＯx吸
収剤におけるＳＯx吸収領域に所定量の酸素を供給残存
させるトータルリッチ化手段を備えたことを特徴とする
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】前記トータルリッチ化手段は、前記ＳＯ
x吸収剤に酸素を供給する酸素供給手段を備えることを
特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。