JP2000297631A

JP2000297631A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2000297631A
Application number: JP11103280A
Authority: JP
Inventors: Toshisuke Toshioka; 俊祐利岡; Shinya Hirota; 信也広田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2000-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】ＮＯx触媒のＮＯx放出処理実行時期や実行期
間を正確に制御する。【解決手段】ＳＯx吸収剤１７の下流に、ＮＯx触媒２
０と、このＮＯx触媒２０を迂回するバイパス管２６を
設け、バイパス管２６の始端部には、排気ガスの流れを
切り替えるための排気切替弁２８を設ける。排気ガスを
バイパス管２６に流しているときにはＮＯx触媒２０の
ＮＯx吸収量及びＮＯx放出量の算出を禁止し、排気ガス
がＮＯx触媒２０に流れているときに限ってＮＯx吸収量
及びＮＯx放出量を算出し、さらにＮＯx触媒２０に残存
するＮＯx残存量を算出して、これを基にＮＯx触媒２０
に対するＮＯx放出処理の実行時期を決定し、ＮＯx放出
処理の終了時期を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、希薄燃焼可能な内
燃機関より排出される排気ガスから窒素酸化物（ＮＯ
x）を浄化することができる排気浄化装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】希薄燃焼可能な内燃機関より排出される
排気ガスからＮＯxを浄化する排気浄化装置として、吸
蔵還元型ＮＯx触媒に代表されるＮＯx吸収剤がある。Ｎ
Ｏx吸収剤は、流入排気ガスの空燃比がリーン（即ち、
酸素過剰雰囲気下）のときにＮＯxを吸収し、流入排気
ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯxを放出
するものであり、このＮＯx吸収剤の一種である吸蔵還
元型ＮＯx触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーン（即
ち、酸素過剰雰囲気下）のときにＮＯxを吸収し、流入
排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯxを
放出しＮ₂に還元する触媒である。

【０００３】この吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単に触
媒あるいはＮＯx触媒ということもある）を希薄燃焼可
能な内燃機関の排気通路に配置すると、リーン空燃比の
排気ガスが流れたときには排気ガス中のＮＯxが触媒に
吸収され、ストイキ（理論空燃比）あるいはリッチ空燃
比の排気ガスが流れたときに触媒に吸収されていたＮＯ
xがＮＯ₂として放出され、さらに排気ガス中のＨＣやＣ
Ｏなどの還元成分によってＮ₂に還元され、即ちＮＯxが
浄化される。

【０００４】このＮＯx触媒のＮＯx吸収容量にも限りが
あるので、ＮＯx触媒に吸収されたＮＯx量が所定の許容
量に達したときに、ＮＯx触媒からＮＯxを放出・還元す
る処理（以下、ＮＯx放出処理と称す）を行う必要があ
る。従来は、内燃機関の運転状態に応じて空燃比を推定
し、この空燃比に基づいてＮＯx触媒に吸収されたＮＯx
量（以下、ＮＯx吸収量という）あるいはＮＯx触媒から
放出されたＮＯx量（以下、ＮＯx放出量という）をカウ
ントし、これらの減算値（ＮＯx吸収量−ＮＯx放出量）
からＮＯx触媒に吸収されているＮＯx量（以下、ＮＯx
残存量という）が前記許容量に達したか否かを判定し、
達したと判定されたときには、ＮＯx触媒に流入する排
気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にして
ＮＯx放出処理を行い、積極的にＮＯx触媒からＮＯxを
放出し還元してＮＯx吸収能力を回復させている。そし
て、このＮＯx放出処理を行っているときにもＮＯx触媒
から放出されたＮＯx放出量をカウントし、ＮＯx残存量
が零になるまでＮＯx放出処理を継続する。

【０００５】ところで、このＮＯx触媒を備えた排気浄
化装置においては、ＮＯx触媒の上流の排気通路から分
岐してＮＯx触媒を迂回するバイパス通路と、排気ガス
をＮＯx触媒とバイパス通路のいずれに流すか選択的に
切り替える排気切替弁とを備えたものがある。

【０００６】このバイパス通路の使用目的は種々ある
が、その一例として、特許番号第２６０５５８０号の特
許公報に開示されているように、ＮＯx触媒のＳＯx被毒
防止を目的としたものがある。

【０００７】これについて簡単に説明すると、一般に、
排気ガス中にはＳＯxが含まれており、排気通路にＮＯx
触媒を設けると、ＮＯx触媒はＮＯxだけでなくＳＯxも
吸収する。ところが、このＳＯxは分解、放出されにく
く触媒内に蓄積され易い傾向があり、しかもＳＯx蓄積
量が増大すると、ＮＯx触媒のＮＯx浄化効率が低下す
る。これが所謂ＳＯx被毒である。

【０００８】そこで、ＮＯx触媒のＳＯx被毒を防止する
ために、ＮＯx触媒の上流に排気ガス中のＳＯxを主に吸
収するＳＯx吸収剤を配置し、さらに、ＳＯx吸収剤とＮ
Ｏx触媒との間からバイパス通路を分岐するとともに、
その分岐部に排気切替弁を設け、通常は排気ガスがＮＯ
x触媒に流れるように排気切替弁を制御し、これによっ
て、排気ガス中のＳＯxをＳＯx吸収剤で除去し、ＳＯx
が除去された排気ガスをＮＯx触媒に流して、ＮＯxの吸
放出・還元処理を行い、一方、ＳＯx吸収剤に吸収され
たＳＯxを放出するＳＯx吸収剤の再生処理時には、ＳＯ
x吸収剤から流出するＳＯx濃度の高い再生排気がＮＯx
触媒に流入しないように、再生排気がバイパス通路に流
れるように排気切替弁を制御する。このＳＯx吸収剤の
再生処理も理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスを
ＳＯx吸収剤に流すことにより行う。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＮＯx触媒及びバイパス通路を備えた排気浄化装置で
は、排気ガスがどの経路を流れているかにかかわらずＮ
Ｏx吸収量及びＮＯx放出量をカウントしている。したが
って、ＳＯx吸収剤の再生処理を行っているときには、
排気ガスがＮＯx触媒に流入していないにもかかわら
ず、ＮＯx触媒からＮＯxが放出されたかのようにＮＯx
放出量がカウントされ、その結果、ＮＯx触媒に吸収さ
れているＮＯx残存量の算出が不正確になり、ＮＯx触媒
のＮＯx放出不足が生じたり、ＮＯx放出処理の実行時期
が遅れるなどの問題が生じる。

【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、排気ガスがＮＯx吸収剤に流入しないときには
ＮＯx吸収量及びＮＯx放出量をカウントするのを禁止す
ることにより、ＮＯx吸収剤に吸収されているＮＯx量を
より正確に把握し、ＮＯx吸収剤のＮＯx吸放出をより正
確に制御することにある。

【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。本発明に係る内燃
機関の排気浄化装置は、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関
の排気通路に配置され流入する排気ガスの空燃比がリー
ンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度
が低いときに吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤と、
（ロ）前記ＮＯx吸収剤に吸収されているＮＯx吸収量を
推定するＮＯx吸収量推定手段と、（ハ）前記ＮＯx吸収
量推定手段によって推定されたＮＯx吸収量が所定値を
越えた時に前記ＮＯx吸収剤に還元剤を供給する還元剤
供給手段と、（ニ）前記ＮＯx吸収剤よりも上流の前記
排気通路から分岐して前記ＮＯx吸収剤を迂回して排気
ガスを流すバイパス通路と、（ホ）排気ガスを前記ＮＯ
x吸収剤と前記バイパス通路のいずれに流すか選択的に
切り替える排気経路切替手段と、（ヘ）排気ガスが前記
バイパス通路に流れているときに生じるＮＯx吸収量の
推定誤差を補正する補正手段と、を備えることを特徴と
する。

【００１２】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置で
は、排気ガスがバイパス通路に流れているときに生じる
ＮＯx吸収量の推定誤差は、補正手段によって補正され
るので、ＮＯx吸収量をより正確に推定することができ
る。したがって、このＮＯx吸収量に基づいて判断され
るＮＯx吸収剤のＮＯx放出処理実行時期やＮＯx放出処
理実行期間等を、より正確に求めることができる。

【００１３】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、希薄燃焼可能な内燃機関としては、筒内直接噴射
式のリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジ
ンを例示することができる。リーンバーンガソリンエン
ジンの場合には、排気ガスの空燃比制御は燃焼室に供給
される混合気の空燃比制御により実現可能であり、その
場合には、燃焼室に供給される燃料を噴射する燃料噴射
弁等が還元剤供給手段となる。また、ディーゼルエンジ
ンの場合の排気ガスの空燃比制御は、吸気行程または膨
張行程または排気行程で燃料を噴射する所謂副噴射を行
うか、あるいは、ＮＯx吸収剤よりも上流の排気通路内
に還元剤を供給することにより実現可能であり、その場
合には、燃料を副噴射する燃料噴射弁や排気通路に還元
剤を供給する還元剤供給装置等により還元剤供給手段が
構成される。ここで、排気ガスの空燃比とは、機関吸気
通路及びＮＯx吸収剤よりも上流での排気通路内に供給
された空気及び燃料（炭化水素）の比をいう。

【００１４】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、ＮＯx吸収剤としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒を例
示することができる。吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入す
る排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し、
流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮ
Ｏxを放出し、Ｎ₂に還元する触媒である。この吸蔵還元
型ＮＯx触媒は、例えばアルミナを担体とし、この担体
上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬ
ｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢ
ａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬ
ａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なく
とも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されてな
るもの例示することができる。

【００１５】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、ＮＯx吸収量推定手段は、内燃機関の運転状態か
ら排気ガスの空燃比を推定し、さらに、内燃機関の運転
状態に応じてＮＯx吸収剤に吸収されるＮＯx量とＮＯx
吸収剤から放出されるＮＯx量を推定し、これらからＮ
Ｏx吸収剤に吸収されているＮＯx量を推定することが可
能である。

【００１６】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、排気経路切替手段は、バイパス通路の分岐部に設
けた単一の切替弁で構成することもできるし、あるい
は、分岐部よりもＮＯx吸収剤に近い位置にある排気通
路に第１の開閉弁を設けバイパス通路に第２の開閉弁を
設けて一方の開閉弁が開くと他方の開閉弁が閉じるよう
に制御して構成することもできる。

【００１７】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、補正手段は、排気ガスがバイパス通路に流れてい
るときに前記ＮＯx吸収量推定手段の作動を禁止する禁
止手段で構成することができる。排気ガスがバイパス通
路に流れているときにはＮＯx吸収量推定手段が作動し
ないので、排気ガスがバイパス通路に流れているときに
はＮＯx吸収量の推定誤差が生じない。つまり、推定誤
差を生じさせないことによって実質的に補正がなされる
のである。

【００１８】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いては、いかなる条件のときに排気ガスをバイパス通路
に流すように排気経路切替手段を制御するかは種々考え
られ、特に限定されるものではない。

【００１９】例えば、排気経路切替手段を、前記ＮＯx
吸収剤の温度が有効活性温度域から外れる虞れがある運
転状態のときに排気ガスをバイパス通路に流すように制
御することができる。有効活性温度域とは、ＮＯx吸収
剤がＮＯxを吸放出する実用温度範囲をいう。

【００２０】また、排気経路切替手段よりも上流の排気
通路に、排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯxを吸
収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収した
ＳＯxを放出するＳＯx吸収剤を設け、前記排気経路切替
手段を、前記ＳＯx吸収剤からＳＯxが放出されるときに
排気ガスをバイパス通路に流すように制御することも可
能である。このようにすると、ＮＯx吸収剤のＳＯx被毒
を防止することができる。ＳＯx吸収剤は、吸蔵還元型
ＮＯx触媒で構成することができる。

【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９の図面に基いて
説明する。〔第１の実施の形態〕図１は本発明を希薄燃焼可能な車
両用ガソリンエンジンに適用した場合の概略構成を示す
図である。この図において、符号１は機関本体、符号２
はピストン、符号３は燃焼室、符号４は点火栓、符号５
は吸気弁、符号６は吸気ポート、符号７は排気弁、符号
８は排気ポートを夫々示す。

【００２２】吸気ポート６は対応する枝管９を介してサ
ージタンク１０に連結され、各枝管９には夫々吸気ポー
ト６内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１１が取り付
けられている。サージタンク１０は吸気ダクト１２およ
びエアフロメータ１３を介してエアクリーナ１４に連結
され、吸気ダクト１２内にはスロットル弁１５が配置さ
れている。

【００２３】一方、排気ポート８は排気マニホルド１６
を介してＳＯx吸収剤１７を内蔵したケーシング１８に
連結され、ケーシング１８の出口部は排気管１９を介し
て吸蔵還元型ＮＯx触媒（ＮＯx吸収剤）２０を内蔵した
ケーシング２１に連結され、ケーシング２１は排気管２
２を介して図示しないマフラーに接続されている。尚、
以下の説明では、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０をＮＯx触媒
２０と略す。ＳＯx吸収剤１７およびＮＯx触媒２０につ
いては後で詳述する。

【００２４】ケーシング２１の入口部２１ａと排気管２
２は、ＮＯx触媒２０を迂回するバイパス管（バイパス
通路）２６によって連結されており、バイパス管２６の
分岐部であるケーシング２１の入口部２１ａには、アク
チュエータ２７によって弁体が作動される排気切替弁
（排気経路切替手段）２８が設けられている。この排気
切替弁２８はアクチュエータ２７によって、図１の実線
で示されるようにバイパス管２６の入口部を閉鎖し且つ
ＮＯx触媒２０への入口部を全開にするバイパス閉位置
と、図１の破線で示されるようにＮＯx触媒２０への入
口部を閉鎖し且つバイパス管２６の入口部を全開にする
バイパス開位置のいずれか一方の位置を選択して作動せ
しめられる。

【００２５】エンジンコントロール用の電子制御ユニッ
ト（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双
方向バス３１によって相互に接続されたＲＯＭ（リード
オンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモ
リ）３３、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）３
４、入力ポート３５、出力ポート３６を具備する。エア
フロメータ１３は吸入空気量に比例した出力電圧を発生
し、この出力電圧がＡＤ変換器３７を介して入力ポート
３５に入力される。

【００２６】一方、ＳＯx吸収剤１７の下流の排気管１
９には、ＳＯx吸収剤１７を出た排気ガスの温度に比例
した出力電圧を発生する温度センサ２３が取り付けられ
ており、温度センサ２３の出力電圧がＡＤ変換器３８を
介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート
３５には機関回転数を表す出力パルスを発生する回転数
センサ４１が接続されている。出力ポート３６は対応す
る駆動回路３９を介して夫々点火栓４および燃料噴射弁
１１、アクチュエータ２７に接続されている。

【００２７】このガソリンエンジンでは、例えば次式に
基づいて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。ＴＡＵ＝ＴＰ・Ｋここで、ＴＰは基本燃料噴射時間を示しており、Ｋは補
正係数を示している。基本燃料噴射時間ＴＰは機関シリ
ンダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比とする
のに必要な燃料噴射時間を示している。この基本燃料噴
射時間ＴＰは予め実験により求められ、機関負荷Ｑ／Ｎ
（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）および機関回転数Ｎの
関数として図２に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３
２内に記憶されている。補正係数Ｋは機関シリンダ内に
供給される混合気の空燃比を制御するための係数であっ
て、Ｋ＝１．０であれば機関シリンダ内に供給される混
合気は理論空燃比となる。これに対してＫ＜１．０にな
れば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論
空燃比よりも大きくなり、即ちリーンとなり、Ｋ＞１．
０になれば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比
は理論空燃比よりも小さくなり、即ちリッチとなる。

【００２８】そして、この実施の形態のガソリンエンジ
ンでは、機関低中負荷運転領域では補正係数Ｋの値が
１．０よりも小さい値とされてリーン空燃比制御が行わ
れ、機関高負荷運転領域、エンジン始動時の暖機運転
時、加速時、及び１２０ｋｍ／ｈ以上の定速運転時には
補正係数Ｋの値が１．０とされてストイキ制御が行わ
れ、機関全負荷運転領域では補正係数Ｋの値は１．０よ
りも大きな値とされてリッチ空燃比制御が行われるよう
に設定してある。

【００２９】内燃機関では通常、低中負荷運転される頻
度が最も高く、したがって運転期間中の大部分において
補正係数Ｋの値が１．０よりも小さくされて、リーン混
合気が燃焼せしめられることになる。

【００３０】図３は燃焼室３から排出される排気ガス中
の代表的な成分の濃度を概略的に示している。この図か
らわかるように、燃焼室３から排出される排気ガス中の
未燃ＨＣ，ＣＯの濃度は燃焼室３内に供給される混合気
の空燃比がリッチになるほど増大し、燃焼室３から排出
される排気ガス中の酸素Ｏ₂の濃度は燃焼室３内に供給
される混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。

【００３１】ケーシング２１内に収容されているＮＯx
触媒２０は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に
例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セ
シウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カル
シウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イッ
トリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つ
と、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されてなる。

【００３２】このＮＯx触媒２０を機関の排気通路に配
置すると、ＮＯx触媒２０は、流入排気ガスの空燃比
（以下、排気空燃比という）がリーンのときにはＮＯx
を吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収
したＮＯxを放出するＮＯxの吸放出作用を行う。ここ
で、排気空燃比とは、機関吸気通路およびＮＯx触媒２
０より上流の排気通路内に供給された空気および燃料
（炭化水素）の比をいう。

【００３３】なお、ＮＯx触媒２０より上流の排気通路
内に燃料（炭化水素）あるいは空気が供給されない場合
には、排気空燃比は燃焼室３内に供給される混合気の空
燃比に一致し、したがってこの場合には、ＮＯx触媒２
０は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリーンの
ときにはＮＯxを吸収し、燃焼室３内に供給される混合
気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出する
ことになる。

【００３４】ＮＯx触媒２０によるＮＯxの吸放出作用の
詳細なメカニズムについては明かでない部分もある。し
かしながら、この吸放出作用は図４に示すようなメカニ
ズムで行われているものと考えられる。次に、このメカ
ニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを
担持させた場合を例にとって説明するが、他の貴金属，
アルカリ金属，アルカリ土類，希土類を用いても同様な
メカニズムとなる。

【００３５】即ち、流入排気ガスの空燃比がかなりリー
ンになると流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、
図４（Ａ）に示されるように酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-又はＯ^2-の
形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガスに
含まれるＮＯは、白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-又はＯ^2-と反
応し、ＮＯ₂となる（２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂）。

【００３６】次いで、生成されたＮＯ₂の一部は、白金
Ｐｔ上で酸化されつつＮＯx触媒２０内に吸収されて酸
化バリウムＢａＯと結合しながら、図４（Ａ）に示され
るように硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形でＮＯx触媒２０内に拡
散する。このようにしてＮＯxがＮＯx触媒２０内に吸収
される。

【００３７】流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金
Ｐｔの表面でＮＯ₂が生成され、ＮＯx触媒２０のＮＯx
吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ₂がＮＯx触媒２０内に
吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。

【００３８】これに対して、流入排気ガス中の酸素濃度
が低下してＮＯ₂の生成量が低下すると反応が逆方向
（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、ＮＯx触媒２０内の硝酸イオ
ンＮＯ ₃ ^-がＮＯ₂またはＮＯの形でＮＯx触媒２０から放
出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下する
と、ＮＯx触媒２０からＮＯxが放出されることになる。
図３に示されるように、流入排気ガスのリーンの度合い
が低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、した
がって流入排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯ
x触媒２０からＮＯxが放出されることとなる。

【００３９】一方、このとき、燃焼室３内に供給される
混合気がストイキまたはリッチ空燃比になると、図３に
示されるように機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出
され、これら未燃ＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ上の酸素Ｏ₂ ^-
又はＯ^2-と反応して酸化せしめられる。

【００４０】また、排気空燃比が理論空燃比またはリッ
チになると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下する
ためにＮＯx触媒２０からＮＯ₂またはＮＯが放出され、
このＮＯ₂またはＮＯは、図４（Ｂ）に示されるように
未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元せしめられてＮ₂とな
る。

【００４１】即ち、流入排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、ま
ず白金Ｐｔ上の酸素Ｏ₂ ^-又はＯ^2-とただちに反応して酸
化せしめられ、次いで白金Ｐｔ上の酸素Ｏ₂ ^-又はＯ^2-が
消費されてもまだＨＣ，ＣＯが残っていれば、このＨ
Ｃ，ＣＯによってＮＯx触媒２０から放出されたＮＯxお
よびエンジンから排出されたＮＯxがＮ₂に還元せしめら
れる。

【００４２】このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ₂
またはＮＯが存在しなくなると、ＮＯx触媒２０から次
から次へとＮＯ₂またはＮＯが放出され、さらにＮ₂に還
元せしめられる。したがって、排気空燃比を理論空燃比
またはリッチにすると短時間の内にＮＯx触媒２０から
ＮＯxが放出されることになる。

【００４３】このように、排気空燃比がリーンになると
ＮＯxがＮＯx触媒２０に吸収され、排気空燃比を理論空
燃比あるいはリッチにするとＮＯxがＮＯx触媒２０から
短時間のうちに放出され、Ｎ₂に還元される。したがっ
て、大気中へのＮＯxの排出を阻止することができる。

【００４４】ところで、全負荷運転時には燃焼室３内に
供給される混合気をリッチ空燃比とし、また高負荷運転
時、エンジン始動時の暖機運転時、加速時、及び１２０
ｋｍ／ｈ以上の定速運転時には混合気を理論空燃比（ス
トイキ）とし、低中負荷運転時には混合気をリーン空燃
比とした場合には、低中負荷運転時に排気ガス中のＮＯ
xがＮＯx触媒２０に吸収され、全負荷運転時及び高負荷
運転時等にＮＯx触媒２０からＮＯxが放出され還元され
ることになる。しかしながら、全負荷運転あるいは高負
荷運転等の頻度が少なく、低中負荷運転の頻度が多くそ
の運転時間が長ければ、ＮＯxの放出・還元が間に合わ
なくなり、ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力（ＮＯx吸収
容量）が飽和してＮＯxを吸収できなくなってしまう。

【００４５】そこで、この実施の形態の排気浄化装置で
は、エンジンの運転状態に応じて空燃比を推定し、この
空燃比に基づいてＮＯx触媒２０に吸収されたＮＯx量
（以下、これをＮＯx吸収量という）あるいはＮＯx触媒
２０から放出されたＮＯx量（以下、ＮＯx放出量とい
う）をカウントし、これらの減算値（ＮＯx吸収量−Ｎ
Ｏx放出量）からＮＯx触媒２０に吸収されているＮＯx
量（以下、ＮＯx残存量という）が許容量に達したか否
かを判定し、達したと判定されたときには、ＮＯx触媒
２０に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリ
ッチ空燃比にして積極的にＮＯx触媒２０からＮＯxを放
出し還元させるＮＯx放出処理を行い、ＮＯx触媒２０の
ＮＯx吸収能力を回復するようにしている。

【００４６】ＮＯx触媒２０のＮＯx放出処理サイクル
は、エンジンの排気量やＮＯx触媒２０の容量にもよる
が、ＮＯx吸収（即ち、リーン空燃比による運転）が数
分間継続したらＮＯx放出（即ち、理論空燃比またはリ
ッチ空燃比による運転）を数秒間行うように設定するこ
とが多く、そのような場合に、理論空燃比またはリッチ
空燃比の継続時間が極めて短いことからこれをリッチス
パイクと称している。また、ＮＯx触媒２０のＮＯx吸放
出のためにリーンとリッチスパイクを交互に行うように
空燃比を制御することをリーン・リッチスパイク制御と
称している。ＮＯx放出処理の実行時期及び実行期間の
制御方法等については後で詳述する。

【００４７】また、燃料には硫黄（Ｓ）が含まれてお
り、燃料中の硫黄が燃焼するとＳＯ₂やＳＯ₃などの硫黄
酸化物（ＳＯx）が発生し、ＮＯx触媒２０は排気ガス中
のこれらＳＯxも吸収する。ＮＯx触媒２０のＳＯx吸収
メカニズムはＮＯx吸収メカニズムと同じであると考え
られる。即ち、ＮＯxの吸収メカニズムを説明したとき
と同様に担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを坦持さ
せた場合を例にとって説明すると、前述したように、排
気空燃比がリーンのときには、酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-又はＯ^2-
の形でＮＯx触媒２０の白金Ｐｔの表面に付着してお
り、流入排気ガス中のＳＯx（例えばＳＯ₂）は白金Ｐｔ
の表面上で酸化されてＳＯ₃となる。

【００４８】その後、生成されたＳＯ₃は、白金Ｐｔの
表面で更に酸化されながらＮＯx触媒２０内に吸収され
て酸化バリウムＢａＯと結合し、硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の
形でＮＯx触媒２０内に拡散し硫酸塩ＢａＳＯ₄を生成す
る。この硫酸塩ＢａＳＯ₄は安定していて分解しずら
く、前述したリーン・リッチスパイク制御により流入排
気ガスの空燃比を短時間だけ理論空燃比またはリッチに
しても分解されずにＮＯx触媒２０内に残ってしまう。
したがって、時間経過に伴いＮＯx触媒２０内のＢａＳ
Ｏ₄の生成量が増大するとＮＯx触媒２０の吸収に関与で
きるＢａＯの量が減少してＮＯxの吸収能力が低下して
しまう。これが即ちＳＯx被毒である。

【００４９】そこで、この実施の形態ではＮＯx触媒２
０にＳＯxが流入しないように、流入する排気ガスの空
燃比がリーンのときにＳＯxを吸収し流入する排気ガス
の酸素濃度が低いときに吸収したＳＯxを放出するＳＯx
吸収剤１７を、ＮＯx触媒２０よりも上流に配置してい
るのである。このＳＯx吸収剤１７は、ＳＯx吸収剤１７
に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＳＯx
と共にＮＯxも吸収するが、流入する排気ガスの空燃比
を理論空燃比またはリッチにし酸素濃度が低くなると吸
収したＳＯxばかりでなくＮＯxも放出する。

【００５０】前述したように、ＮＯx触媒２０ではＳＯx
が吸収されると安定した硫酸塩ＢａＳＯ₄が生成され、
その結果、ＮＯx触媒２０に流入する排気ガスの空燃比
を理論空燃比またはリッチにしてもＳＯxがＮＯx触媒２
０から放出されなくなる。したがって、ＳＯx吸収剤１
７に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッ
チにしたときにＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出される
ようにするためには、吸収したＳＯxが硫酸イオンＳＯ₄
^2-の形でＳＯx吸収剤１７内に存在するようにするか、
あるいは、硫酸塩ＢａＳＯ₄が生成されたとしても硫酸
塩ＢａＳＯ₄が安定しない状態でＳＯx吸収剤１７に存在
するようにすることが必要となる。これを可能とするＳ
Ｏx吸収剤１７としては、アルミナからなる担体上に銅
Ｃｕ、鉄Ｆｅ、マンガンＭｎ、ニッケルＮｉのような遷
移金属、ナトリウムＮａ、チタンＴｉおよびリチウムＬ
ｉから選ばれた少なくとも一つを坦持したＳＯx吸収剤
１７を用いることができる。

【００５１】このＳＯx吸収剤１７では、ＳＯx吸収剤１
７に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガ
ス中のＳＯ₂がＳＯx吸収剤１７の表面で酸化されつつ硫
酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でＳＯx吸収剤１７内に吸収され、
次いでＳＯx吸収剤１７内に拡散される。この場合、Ｓ
Ｏx吸収剤１７の担体上に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、
ロジウムＲｈのうちのいずれかを坦持させておくとＳＯ
₂がＳＯ₃ ^2-の形で白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウム
Ｒｈ上に吸着し易くなり、かくしてＳＯ₂は硫酸イオン
ＳＯ₄ ^2-の形でＳＯx吸収剤１７内に吸収され易くなる。
したがって、ＳＯ₂の吸収を促進するためにはＳＯx吸収
剤１７の担体上に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウム
Ｒｈのいずれかを坦持させることが好ましい。

【００５２】このＳＯx吸収剤１７をＮＯx触媒２０の上
流に配置すると、ＳＯx吸収剤１７に流入する排気ガス
の空燃比がリーンになると排気ガス中のＳＯxがＳＯx吸
収剤１７に吸収され、したがって、下流のＮＯx触媒２
０にはＳＯxが流れ込まなくなり、ＮＯx触媒２０では排
気ガス中のＮＯxのみが吸収されることになる。

【００５３】一方、前述したようにＳＯx吸収剤１７に
吸収されたＳＯxは硫酸イオンＳＯ₄ ² ^-の形でＳＯx吸収
剤１７に拡散しているか、あるいは不安定な状態で硫酸
塩ＢａＳＯ₄となっている。したがって、ＳＯx吸収剤１
７に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッ
チになって酸素濃度が低下するとＳＯx吸収剤１７に吸
収されているＳＯxがＳＯx吸収剤１７から容易に放出さ
れることになる。

【００５４】ところで、本出願人の研究により、ＳＯx
吸収剤１７の吸放出作用に関して次のことがわかった。
ＳＯx吸収剤１７に吸収されているＳＯx量が少ないとき
には、ＳＯx吸収剤１７のＳＯx吸着力が強いため、ＳＯ
x吸収剤１７にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガス
を短時間（例えば５秒以下）流したのではＳＯx吸収剤
１７からＳＯxは放出されない。これについては、本出
願人は、ＳＯx吸収剤１７に吸収されているＳＯx量が少
ないときに、ＮＯx触媒２０からＮＯxを放出させるため
に行うリーン・リッチスパイク制御のときのリッチスパ
イクの継続時間ではＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出さ
れないことを確認している。

【００５５】しかしながら、ＳＯx吸収剤１７に吸収さ
れているＳＯx量が増えたときには、ＳＯx吸収剤１７の
ＳＯx吸着力が弱くなるため、ＳＯx吸収剤１７にストイ
キまたはリッチ空燃比の排気ガスを短時間流した場合に
もＳＯx吸収剤１７からＳＯxが漏れ出て、下流のＮＯx
触媒２０を被毒する虞れがある。

【００５６】そこで、この実施の形態では、エンジンの
運転状態の履歴からＳＯx吸収剤１７に吸収されたＳＯx
量を推定し、その推定ＳＯx吸収量が所定量に達した時
をＳＯx吸収剤１７からＳＯxを放出させるべき時期と判
断して、ＳＯx吸収剤１７からＳＯxを積極的に放出させ
る処理（以下、この処理を再生処理という）を実行す
る。ＳＯx吸収剤１７の再生処理を実行するに際し、Ｅ
ＣＵ３０は、機関回転数Ｎと機関負荷Ｑ／Ｎからその時
の機関運転状態を判定し、また、温度センサ２９で検出
したその時の排気ガス温度をＳＯx吸収剤１７の温度と
して代用し、機関運転状態とＳＯx吸収剤１７の温度に
基づき燃費悪化が少なく最も効率的にＳＯxを放出でき
るストイキまたはリッチ条件を選定し、選定した空燃比
でエンジンを運転して排出される排気ガスを長時間ＳＯ
x吸収剤１７に流すことにより実行する。

【００５７】また、ＳＯx吸収剤１７の温度を所定温度
（例えば、５５０゜Ｃ）以上の高温にすると、ＳＯx吸
収剤１７からＳＯxが放出され易いことが、換言すれば
ＳＯxの放出を促進できることがわかっている。そこ
で、この実施の形態では、ＥＣＵ３０は、ＳＯx吸収剤
１７の再生処理実行中、適宜の手段によって排気ガス温
度の温度制御を行い、ＳＯx吸収剤１７の温度を前記所
定温度（以下、これをＳＯx放出温度という）以上に制
御する。

【００５８】ＳＯx吸収剤１７を再生すると、ＳＯx吸収
剤１７から流出した排気ガス（以下、再生処理時にＳＯ
x吸収剤１７から排出される排気ガスを再生排気と称
し、非再生処理時にＳＯx吸収剤１７から排出される排
気ガスと区別する場合もある）にはＳＯx吸収剤１７か
ら放出された多量のＳＯxが含まれることとなるため、
この再生排気がＮＯx触媒２０に流入すると再生排気中
のＳＯxがＮＯx触媒２０に吸収され、ＮＯx触媒２０が
ＳＯx被毒してしまい、ＳＯx吸収剤１７を設けた意味が
なくなってしまう。そこで、この実施の形態では、ＳＯ
x吸収剤１７の再生処理時にＳＯx吸収剤１７から放出さ
れたＳＯxがＮＯx触媒２０に吸収されるのを阻止するた
めに、ＳＯx吸収剤１７の再生処理時には排気切替弁２
８をバイパス開位置に保持して、ＳＯx吸収剤１７から
流出した再生排気をバイパス管２６内に導くようにして
いる。尚、ＳＯx吸収剤１７から放出されたＳＯxは、排
気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯによって還元せしめられ、Ｓ
Ｏ₂となって放出される。

【００５９】そして、ＳＯx吸収剤１７の非再生処理時
には、排気切替弁２８をバイパス閉位置に保持して、Ｓ
Ｏx吸収剤１７から流出した排気ガスをＮＯx触媒２０に
導き、バイパス管２６には流れないようにする。この時
には、ＳＯx吸収剤１７によってＳＯxを除去された排気
ガスがＮＯx触媒２０に流入することとなるので、ＮＯx
触媒２０にはＳＯxが流れ込まなくなり、ＮＯx触媒２０
のＳＯx被毒が防止される。そして、排気ガス中のＮＯx
がＮＯx触媒２０によって吸放出され、還元浄化され
る。

【００６０】次に、図５を参照して、この実施の形態に
おけるＮＯx触媒２０に対するＮＯx吸放出処理実行ルー
チンを説明する。このルーチンを構成する各ステップか
らなるフローチャートはＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶
してあり、フローチャートの各ステップにおける処理は
総てＥＣＵ３０のＣＰＵ３４によって実行される。ま
た、このルーチンは所定時間（例えば、数ｍｍ秒）毎に
実行される。

【００６１】前述したように、この排気浄化装置では、
エンジンの運転状態からＮＯx触媒２０に吸収されたＮ
Ｏx吸収量あるいはＮＯx触媒２０から放出されたＮＯx
放出量をカウントし、これらからＮＯx触媒２０に残存
するＮＯx残存量を算出し、ＮＯx残存量が所定の許容量
に達したと判定されたときに、ＮＯx放出処理を実行す
る。

【００６２】＜ステップ１０１＞まず、ＥＣＵ３０は、
ステップ１０１において、排気切替弁２８がバイパス開
位置に位置しているか否かを判定する。尚、前述したよ
うに、この実施の形態では、排気切替弁２８はＳＯx吸
収剤１７の再生処理時にバイパス開位置に保持され、非
再生処理時にバイパス閉位置に保持される。

【００６３】排気切替弁２８がバイパス開位置に位置し
ている場合には、排気ガスはバイパス管２６に流れ、Ｎ
Ｏx触媒２０に流入しないので、ＥＣＵ３０は本ルーチ
ンを終了し、ＮＯx吸収量もＮＯx放出量もカウントしな
い。

【００６４】＜ステップ１０２＞排気切替弁２８がバイ
パス閉位置に位置している場合には、排気ガスはバイパ
ス管２６には流れず、ＮＯx触媒２０に流入し、ＮＯx触
媒２０において排気ガスの空燃比に応じてＮＯxの吸放
出が行われる。そこで、ＥＣＵ３０は、ステップ１０１
で否定判定した場合には、ステップ１０２に進み、ＮＯ
x放出フラグＦが「１」か否か判定する。尚、初期設定
ではＮＯx放出フラグＦはＦ＝０である。

【００６５】＜ステップ１０３＞ステップ１０２におい
て否定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ１０
３に進み、エンジンの運転状態からリーン空燃比制御を
行っているか否かを判定する。前述したように、このエ
ンジンでは、中低負荷運転領域ではリーン空燃比制御が
行われ、高負荷運転領域、エンジン始動時、加速時等に
はストイキ制御が行われ、全負荷運転領域ではリッチ空
燃比制御が行われる。

【００６６】＜ステップ１０４＞ステップ１０３におい
て肯定判定した場合には、排気ガスの空燃比もリーンに
なり、ＮＯx触媒２０においてＮＯxの吸収が行われるの
で、ＥＣＵ３０は、ステップ１０４に進み、エンジンの
運転状態に応じてＮＯx触媒２０に吸収されるＮＯx吸収
量を算出し、そのＮＯx吸収量に応じてＮＯx吸収量カウ
ンタをインクリメントする。この場合、インクリメント
後のＮＯx吸収量カウンタのカウント値がＮＯx触媒２０
に残存するＮＯx残存量に対応する。

【００６７】＜ステップ１０５＞続いて、ＥＣＵ３０
は、ステップ１０５に進み、ＮＯx吸収量カウンタのカ
ウント値が予め設定した所定値に達したか否かにより、
ＮＯx触媒２０に吸収されているＮＯx量（即ち、ＮＯx
残存量）が限界に達したか否か判定する。ステップ１０
５で否定判定した場合には、ＮＯx触媒２０はまだＮＯx
吸収可能であるので、ＥＣＵ３０は、本ルーチンを終了
する。

【００６８】＜ステップ１０６，１０７＞ステップ１０
５において肯定判定した場合には、ＮＯx触媒２０に対
してＮＯx放出処理を行う必要があるので、ＥＣＵ３０
は、ステップ１０６に進み、ＮＯx放出フラグＦを
「１」にして、さらにステップ１０７に進んで、エンジ
ンに対しリッチスパイク制御を実行するとともに、エン
ジンの運転状態に応じてＮＯx触媒２０から放出される
ＮＯx放出量を算出し、そのＮＯx放出量に応じてＮＯx
放出量カウンタをインクリメントする。尚、ＮＯx吸収
量カウンタのカウント値「１」に対応するＮＯx吸収量
と、ＮＯx放出量カウンタのカウント値「１」に対応す
るＮＯx放出量は、１対１の関係に設定されている。

【００６９】＜ステップ１０８＞続いて、ＥＣＵ３０
は、ステップ１０８に進み、ＮＯx吸収量カウンタのカ
ウント値からＮＯx放出カウンタのカウント値を減算
し、その差が零か否か判定する。ステップ１０８で否定
判定した場合には、ＥＣＵ３０は、本ルーチンを終了す
る。そして、次回本ルーチンを実行した時には、ステッ
プ１０２で肯定判定されるので、ＥＣＵ３０はステップ
１０２からステップ１０７へ進み、リッチスパイク制御
を続行し、ＮＯx放出量カウンタをインクリメントす
る。

【００７０】＜ステップ１０９＞そして、ステップ１０
８で肯定判定した場合には、ＮＯx残存量が零になり、
ＮＯx触媒２０に吸収されていたＮＯxが総て放出された
ことになるので、ＥＣＵ３０は、ステップ１０９に進ん
で、リッチスパイク制御を終了してＮＯx放出処理を終
了する。即ち、ＮＯx触媒２０に対するＮＯx放出処理は
ＮＯx触媒２０に吸収されているＮＯxが総て放出される
まで続行される。

【００７１】＜ステップ１１０＞続いて、ＥＣＵ３０
は、ステップ１１０に進み、ＮＯx放出フラグＦを
「０」にするとともに、ＮＯx吸収量カウンタ及びＮＯx
放出量カウンタをリセットして、して本ルーチンを終了
する。

【００７２】＜ステップ１１１＞一方、ステップ１０３
で否定判定した場合には、排気ガスの空燃比は理論空燃
比またはリッチ空燃比になり、ＮＯx触媒２０において
ＮＯxの放出が行われるので、ＥＣＵ３０は、ステップ
１１１に進み、エンジンの運転状態に応じてＮＯx触媒
２０から放出されるＮＯx放出量を算出し、そのＮＯx放
出量に応じてＮＯx放出量カウンタをインクリメントす
る。

【００７３】＜ステップ１１２＞続いて、ＥＣＵ３０
は、ステップ１１２に進み、ＮＯx放出量カウンタのカ
ウント値がＮＯx吸収量カウンタのカウント値よりも大
きいか否か判定する。

【００７４】＜ステップ１１３＞ステップ１１２で肯定
判定した場合には、ＮＯx触媒２０に吸収されていたＮ
Ｏxが総て放出されたことになるので、ＥＣＵ３０は、
ステップ１１３に進み、ＮＯx吸収量カウンタをリセッ
トして、本ルーチンを終了する。

【００７５】＜ステップ１１４＞ステップ１１２で否定
判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ１１４に進
み、ＮＯx吸収量カウンタのカウント値を、ステップ１
１１でカウントしたＮＯx放出量カウンタのカウント値
だけ減算し、その差をＮＯx吸収量カウンタのカウント
値として更新する。この場合、更新後のＮＯx吸収量カ
ウンタのカウント値がＮＯx触媒２０に残存するＮＯx残
存量に対応する。

【００７６】＜ステップ１１５＞続いて、ＥＣＵ３０
は、ステップ１１５に進み、ＮＯx放出量カウンタをリ
セットして、本ルーチンを終了する。

【００７７】このように、この実施の形態の排気浄化装
置では、排気ガスがバイパス管２６に流れているときに
はＮＯx吸収量及びＮＯx放出量の算出を禁止しており
（換言すれば、ＮＯx触媒２０のＮＯx残存量をホールド
しており）、排気ガスがＮＯx触媒２０に流れていると
きに限ってＮＯx吸収量及びＮＯx放出量を算出し、さら
にＮＯx触媒２０に残存するＮＯx残存量を算出して、こ
れを基にＮＯx触媒２０に対するＮＯx放出処理の実行時
期か否かを判定したり、ＮＯx放出処理の終了時期を判
定したりしているので、これらの判定が正確に行われ、
ＮＯx触媒２０をより細かく管理することができる。

【００７８】この第１の実施の形態では、ＥＣＵ３０に
よる一連の信号処理のうち、ステップ１０４、ステップ
１１１、ステップ１１２、ステップ１１４を実行する部
分は、ＮＯx触媒２０（ＮＯx吸収剤）に吸収されている
ＮＯx吸収量を推定するＮＯx吸収量推定手段ということ
ができる。また、ステップ１０１を実行する部分は、排
気ガスをバイパス通路に流れているときにＮＯx吸収量
推定手段の作動を禁止する禁止手段ということができ、
また、排気ガスをバイパス通路に流れているときに生じ
るＮＯx吸収量の誤差を補正する補正手段ということも
できる。また、ステップ１０７においてリッチスパイク
制御を実行する部分と燃料噴射弁１１は、ＮＯx吸収量
推定手段によって推定されたＮＯx吸収量が所定値を越
えた時にＮＯx触媒２０（ＮＯx吸収剤）に還元剤を供給
する還元剤供給手段ということができる。

【００７９】〔第２の実施の形態〕次に本発明に係る内
燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態について図６
及び図７を参照して説明する。図６は、第２の実施の形
態における内燃機関の排気浄化装置の要部構成図であ
り、第１の実施の形態と構成上相違する部分だけを示し
ている。第２の実施の形態では、ＳＯx吸収剤１７及び
そのケーシング１８がなく、排気マニホールド１６に排
気管１９が連結され、排気管１９にＮＯx触媒２０のケ
ーシング２１が連結されている。

【００８０】そして、ケーシング２１において排気切替
弁２８より下流でＮＯx触媒２０より上流に、ＮＯx触媒
２０に流入する排気ガスの温度（以下、入りガス温度と
称す）に比例した出力電圧を発生する入りガス温センサ
２４が取り付けられており、ケーシング２１の中央部
に、ＮＯx触媒２０のほぼ中央部分の温度に比例した出
力電圧を発生する触媒温センサ２５が取り付けられてい
る。入りガス温センサ２４及び触媒温センサ２５の出力
電圧が図示しないＡＤ変換機を介してＥＣＵ（３０）の
入力ポート（３５）に入力される。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説明を省略す
る。

【００８１】前述した第１の実施の形態では、ＳＯx吸
収剤の再生処理時に排気ガスをバイパス管２６に流し、
非再生処理時に排気ガスをＮＯx触媒２０に流すよう
に、排気切替弁２８を制御したが、第２の実施の形態で
は、ＮＯx触媒２０の温度がＮＯxを浄化する有効活性温
度域から外れる虞れのある運転状態の時には排気ガスを
バイパス管２６に流し、外れる虞れがない運転状態の時
には排気ガスをＮＯx触媒２０に流れるように排気切替
弁２８を制御する。

【００８２】一般に、触媒は固有の有効活性温度域を有
しており、この温度域よりも低くてもあるいは高くても
触媒活性が低下する。吸蔵還元型ＮＯx触媒２０にも有
効活性温度域があり、この有効活性温度域から外れると
ＮＯx吸収能力もＮＯx放出・還元能力も低下する。ま
た、高温の排気ガスがＮＯx触媒２０に流れるとＮＯx触
媒２０に熱劣化が生じ、ＮＯx浄化能が低下する。した
がって、ＮＯx触媒２０の温度を有効活性温度域に収め
られるか否かはＮＯx浄化の優劣に大きく影響する。

【００８３】そこで、ＮＯx触媒２０の温度が有効活性
温度域に収まる場合には、排気ガスをＮＯx触媒２０に
流し、有効活性温度域から外れる場合には排気ガスをＮ
Ｏx触媒２０を迂回させてバイパス管２６に流すという
技術が開発された。

【００８４】従来は、ＮＯx触媒２０の入りガス温度あ
るいはＮＯx触媒２０から流出する排気ガスの温度（以
下、出ガス温度と略す）に基づいて排気切替弁２８を制
御し、排気ガスをＮＯx触媒２０に流すかバイパス管２
６に流すか排気経路を切り替えていた。しかしながら、
ＮＯx触媒２０の内部は温度差が非常に大きく、入りガ
ス温度あるいは出ガス温度の情報だけから排気経路を切
り替えて、ＮＯx触媒２０の温度を有効活性温度域に制
御するのは難しかった。

【００８５】そこで、この実施の形態の排気浄化装置で
は、触媒温度と入りガス温度の二つの温度情報に基づい
て排気経路を切り替え制御し、ＮＯx触媒２０の温度を
有効活性温度域に制御するようにしている。

【００８６】次に、図７を参照して、この実施の形態に
おける排気経路切替処理実行ルーチンを説明する。この
ルーチンを構成する各ステップからなるフローチャート
はＥＣＵ（３０）のＲＯＭ（３２）に記憶してあり、フ
ローチャートの各ステップにおける処理は総てＥＣＵ
（３０）のＣＰＵ（３４）によって実行される。また、
このルーチンは所定時間（例えば、数ｍｍ秒）毎に実行
される。

【００８７】＜ステップ２０１＞まず、ＥＣＵは、ステ
ップ２０１において、触媒温センサ２５によって検出さ
れた触媒温度をＮＯx触媒２０の代表温度として、ＮＯx
触媒２０の温度が有効活性温度域（例えば、２００〜４
００゜Ｃ）に入っているか否かを判定する。ステップ２
０１で否定判定した場合には、ＥＣＵは本ルーチンを終
了する。

【００８８】＜ステップ２０２＞ステップ２０１におい
て肯定判定した場合には、ＥＣＵは、ステップ２０２に
進み、入りガス温センサ２４によって検出されたＮＯx
触媒２０に流入する排気ガスの温度が、ＮＯx触媒２０
の有効活性温度域から外れているか否か、即ち、ＮＯx
触媒２０の有効活性温度の上限温度（有効活性温度域が
前記例示の場合には４００゜Ｃ）以上、あるいは、下限
温度（有効活性温度域が前記例示の場合には２００゜
Ｃ）以下か否かを判定する。

【００８９】＜ステップ２０３＞ステップ２０２におい
て肯定判定した場合には、この温度条件の排気ガスをＮ
Ｏx触媒２０に流すとＮＯx触媒２０の温度が有効活性温
度から外れる虞れがあると予想されるので、ＥＣＵは、
ステップ２０３に進み、排気切替弁２８をバイパス開位
置に保持し、本ルーチンを終了する。これにより、高温
あるいは低温の排気ガスはバイパス管２６に流れ、ＮＯ
x触媒２０には流入しない。

【００９０】＜ステップ２０４＞ステップ２０２におい
て否定判定した場合には、この温度条件の排気ガスをＮ
Ｏx触媒２０に流してもＮＯx触媒２０の温度は有効活性
温度を保持し続けると予想されるので、ＥＣＵは、ステ
ップ２０４に進み、排気切替弁２８をバイパス閉位置に
保持し、本ルーチンを終了する。これにより、排気ガス
はＮＯx触媒２０に流れ、バイパス管２６には流入しな
い。

【００９１】このように排気切替弁２８を制御して排気
経路を切り替えると、ＮＯx触媒２０の温度が有効活性
温度域から外れにくくなり、ＮＯx触媒２０のＮＯx浄化
性能を高く保持することができる。

【００９２】また、高温の排気ガスをＮＯx触媒２０に
流さずバイパスすることにより、ＮＯx触媒２０の高温
熱劣化を防止することができる。さらに、低温始動時に
は排気ガス温度が低く、排気ガスのＨＣ濃度が高くなる
が、このような低温の排気ガスをＮＯx触媒２０に流さ
ずバイパスすることによって、ＮＯx触媒２０のＨＣ被
毒を防止することもできる。

【００９３】また、ＮＯx触媒２０の温度が有効活性温
度域内にあるときにエンジンをアイドリングにした場
合、アイドリング時の低温の排気ガスをＮＯx触媒２０
に流さずバイパスすることによって、ＮＯx触媒２０の
温度をアイドリング前の有効活性温度域に保持すること
ができるので、アイドリング後の加速時にＮＯx触媒２
０のＮＯx浄化性能を高いレベルに確保することができ
る。

【００９４】このように排気切替弁２８を制御して排気
経路を切り替える場合にも、第１の実施の形態のときと
同様に、排気ガスがバイパス管２６に流れているときに
はＮＯx吸収量及びＮＯx放出量の算出を禁止し、排気ガ
スがＮＯx触媒２０に流れているときに限ってＮＯx吸収
量及びＮＯx放出量を算出し、さらにＮＯx触媒２０に残
存するＮＯx残存量を算出して、これを基にＮＯx触媒２
０に対するＮＯx放出処理の実行時期か否かを判定した
り、ＮＯx放出処理の終了時期を判定したりすれば、こ
れらの判定が正確に行われ、ＮＯx触媒２０をより細か
く管理することができる。尚、ＮＯx触媒２０のＮＯx吸
放出処理制御については、図５に示す第１の実施の形態
におけるフローチャートと同じ制御方法であるので、そ
の説明は省略する。

【００９５】尚、上述した実施の形態におけるＮＯx触
媒２０の入りガス温度の代わりにＮＯx触媒２０の出ガ
ス温度を用いることも可能である。さらに、エンジンの
運転状態（機関負荷、エンジン回転数等）から排気ガス
温度を推定し、これを上述した実施の形態における入り
ガス温度の代わりに用いることも可能である。

【００９６】〔第３の実施の形態〕次に本発明に係る内
燃機関の排気浄化装置の第３の実施の形態について図８
及び図９を参照して説明する。

【００９７】図８は、第３の実施の形態における内燃機
関の排気浄化装置の要部構成図であり、第１の実施の形
態と構成上相違する部分だけを示している。第３の実施
の形態では、第２の実施の形態の構成に加えて、ケーシ
ング２１の上流にＳＯx吸収剤１７とそのケーシング１
８を有している。また、第３の実施の形態では、入りガ
ス温センサ２４は第１の実施の形態における温度センサ
２３を兼ねており、入りガス温センサ２４で検出される
入りガス温度がＳＯx吸収剤１７の温度として代用され
る。その他の構成については第１の実施の形態と同じで
あるので説明を省略する。

【００９８】そして、第３の実施の形態では、排気切替
弁２８を、ＳＯx吸収剤１７の再生処理時にバイパス開
位置に保持し非再生処理時にバイパス閉位置に保持する
とともに、ＮＯx触媒２０の温度が有効活性温度域から
外れる虞れがある運転状態のときにバイパス開位置に保
持し外れる虞れのない運転状態のときにバイパス閉位置
に保持するように、制御する。

【００９９】次に、図９を参照して、この実施の形態に
おける排気経路切替処理実行ルーチンを説明する。この
ルーチンを構成する各ステップからなるフローチャート
はＥＣＵのＲＯＭに記憶してあり、フローチャートの各
ステップにおける処理は総てＥＣＵのＣＰＵによって実
行される。また、このルーチンは所定時間（例えば、数
ｍｍ秒）毎に実行される。

【０１００】＜ステップ３０１＞まず、ＥＣＵは、ステ
ップ３０１において、ＳＯx吸収剤１７の再生処理を実
行中か否かを判定する。＜ステップ３０２＞ステップ３０１で肯定判定した場合
には、ＥＣＵは、ステップ３０２に進み、排気切替弁２
８をバイパス開位置に保持し、排気ガスをバイパス管２
６に流す。

【０１０１】＜ステップ３０３〜３０５＞ステップ３０
１で否定判定した場合には、ＥＣＵは、ステップ３０３
に進む。ステップ３０３，３０４，３０５はそれぞれ第
２の実施の形態におけるステップ２０１，２０２，２０
４と同じであるので、その説明は省略する。

【０１０２】このようにすれば、ＳＯx吸収剤１７を再
生していないときに高温の排気ガスがＳＯx吸収剤１７
に流れてＳＯx吸収剤１７からＳＯxが放出されたとして
も、ＳＯx濃度の高い高温の排気ガスはＮＯx触媒２０に
流れずバイパスされるので、ＮＯx触媒２０のＳＯx被毒
を防止することができる。

【０１０３】このように排気切替弁２８を制御して排気
経路を切り替える場合にも、第１の実施の形態のときと
同様に、排気ガスがバイパス管２６に流れているときに
はＮＯx吸収量及びＮＯx放出量の算出を禁止し、排気ガ
スがＮＯx触媒２０に流れているときに限ってＮＯx吸収
量及びＮＯx放出量を算出し、さらにＮＯx触媒２０に残
存するＮＯx残存量を算出して、これを基にＮＯx触媒２
０に対するＮＯx放出処理の実行時期か否かを判定した
り、ＮＯx放出処理の終了時期を判定したりすれば、こ
れらの判定が正確に行われ、ＮＯx触媒２０をより細か
く管理することができる。尚、ＮＯx触媒２０のＮＯx吸
放出処理制御については、図５に示す第１の実施の形態
におけるフローチャートと同じ制御方法であるので、そ
の説明は省略する。

【０１０４】〔他の実施の形態〕前述した各実施の形態
では本発明をガソリンエンジンに適用した例で説明した
が、本発明をディーゼルエンジンに適用することができ
ることは勿論である。ディーゼルエンジンの場合は、燃
焼室での燃焼が理論空燃比よりもはるかにリーン域で行
われるので、通常の機関運転状態ではＳＯx吸収剤１７
およびＮＯx触媒２０に流入する排気ガスの空燃比は非
常にリーンであり、ＳＯxおよびＮＯxの吸収は行われる
ものの、ＳＯxおよびＮＯxの放出が行われることは殆ど
ない。

【０１０５】また、ガソリンエンジンの場合には、前述
したように燃焼室３に供給する混合気をストイキあるい
はリッチ空燃比にすることによりＳＯx吸収剤１７およ
びＮＯx触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を理論空
燃比あるいはリッチ空燃比にし、ＳＯx吸収剤１７やＮ
Ｏx触媒２０に吸収されているＳＯxやＮＯxを放出させ
ることができるが、ディーゼルエンジンの場合には、燃
焼室に供給する混合気をストイキあるいはリッチ空燃比
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。

【０１０６】したがって、本発明をディーゼルエンジン
に適用する場合、流入する排気ガスの空燃比を理論空燃
比あるいはリッチ空燃比にするためには、機関出力を得
るために燃料を燃焼するのとは別に、還元剤（例えば燃
料である軽油）を排気ガス中に供給する必要がある。排
気ガスへの還元剤の供給は、吸気行程や膨張行程や排気
行程において気筒内に燃料を副噴射することによっても
可能であるし、あるいは、ＳＯx吸収剤１７の上流の排
気通路内に還元剤を供給することによっても可能であ
る。

【０１０７】尚、ディーゼルエンジンであっても排気再
循環装置（所謂、ＥＧＲ装置）を備えている場合には、
排気再循環ガスを多量に燃焼室に導入することによっ
て、排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比
にすることが可能である。

【０１０８】

【発明の効果】本出願に係る内燃機関の排気浄化装置に
よれば、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配
置され流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯ
xを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸
収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤と、（ロ）前記ＮＯ
x吸収剤に吸収されているＮＯx吸収量を推定するＮＯx
吸収量推定手段と、（ハ）前記ＮＯx吸収量推定手段に
よって推定されたＮＯx吸収量が所定値を越えた時に前
記ＮＯx吸収剤に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
（ニ）前記ＮＯx吸収剤よりも上流の前記排気通路から
分岐して前記ＮＯx吸収剤を迂回して排気ガスを流すバ
イパス通路と、（ホ）排気ガスを前記ＮＯx吸収剤と前
記バイパス通路のいずれに流すか選択的に切り替える排
気経路切替手段と、（ヘ）前記ＮＯx吸収量推定手段が
推定したＮＯx吸収量に対して、排気ガスがバイパス通
路に流れているときに生じるＮＯx吸収量の誤差を補正
する補正手段と、を備えることにより、ＮＯx吸収剤を
細かく管理することができ、ＮＯx浄化率を高く維持す
ることができる。

【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
の実施の形態の概略構成図である。

【図２】基本燃料噴射時間のマップの一例を示す図で
ある。

【図３】機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，
ＣＯおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。

【図４】吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸放出作用を説
明するための図である。

【図５】前記第１の実施の形態におけるＮＯx吸収剤
に対するＮＯx吸放出処理実行ルーチンである。

【図６】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要部構成図である。

【図７】前記第２の実施の形態における排気経路切替
処理実行ルーチンである。

【図８】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要部構成図である。

【図９】前記第３の実施の形態における排気経路切替
処理実行ルーチンである。

【符号の説明】１機関本体（内燃機関）３燃焼室４点火栓１１燃料噴射弁（還元剤供給手段）１６，１９，２２排気管（排気通路）１７ＳＯx吸収剤２０ＮＯx触媒（ＮＯx吸収剤）２４入りガス温センサ２５触媒温センサ２６バイパス管（バイパス通路）２８排気切替弁（排気経路切替手段）３０ＥＣＵ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１２Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１２ＺＦターム(参考） 3G084 AA01 AA04 BA09 BA13 BA15 BA20 BA24 DA10 DA22 DA27 EA11 EB08 FA07 FA27 FA33 FA38 3G091 AA02 AA11 AA12 AA13 AA17 AA18 AA23 AB06 AB09 BA04 BA11 BA14 BA20 BA33 BA34 CA13 CA18 CB02 CB03 DA01 DA02 DA03 DA08 DB06 DB07 DB10 EA01 EA05 EA17 EA18 EA30 EA31 FA01 FA04 FA11 FA12 FA13 FA14 FA17 FB01 FB10 FB11 FB12 GB01X GB01Y GB02W GB02Y GB03W GB04W GB05W GB05Y GB06W GB06Y GB07Y GB10X GB10Y GB16X GB16Y HA07 HA18 HA20 HA36 HA37 HA39 HB03 HB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通
路に配置され流入する排気ガスの空燃比がリーンのとき
にＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いと
きに吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤と、（ロ）前
記ＮＯx吸収剤に吸収されているＮＯx吸収量を推定する
ＮＯx吸収量推定手段と、（ハ）前記ＮＯx吸収量推定手
段によって推定されたＮＯx吸収量が所定値を越えた時
に前記ＮＯx吸収剤に還元剤を供給する還元剤供給手段
と、（ニ）前記ＮＯx吸収剤よりも上流の前記排気通路
から分岐して前記ＮＯx吸収剤を迂回して排気ガスを流
すバイパス通路と、（ホ）排気ガスを前記ＮＯx吸収剤
と前記バイパス通路のいずれに流すか選択的に切り替え
る排気経路切替手段と、（ヘ）排気ガスが前記バイパス
通路に流れているときに生じるＮＯx吸収量の推定誤差
を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記補正手段は、排気ガスがバイパス通
路に流れているときに前記ＮＯx吸収量推定手段の作動
を禁止する禁止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３】前記排気経路切替手段は、前記ＮＯx吸
収剤の温度が有効活性温度域から外れる虞れがある運転
状態のときに排気ガスをバイパス通路に流すように制御
されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃
機関の排気浄化装置。
【請求項４】前記排気経路切替手段よりも上流の排気
通路に、排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯxを吸
収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収した
ＳＯxを放出するＳＯx吸収剤が設けられ、前記排気経路
切替手段は、前記ＳＯx吸収剤からＳＯxが放出されると
きに排気ガスをバイパス通路に流すように制御されるこ
とを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃
機関の排気浄化装置。