JP2002038932A

JP2002038932A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2002038932A
Application number: JP2000223053A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Negami; 秋彦根上; Soichi Matsushita; 宗一松下; Yukihiro Tsukasaki; 之弘塚崎; Hiroki Matsuoka; 広樹松岡; Kotaro Hayashi; 孝太郎林; Shinobu Ishiyama; 忍石山; Yasuhiko Otsubo; 康彦大坪; Hisafumi Magata; 尚史曲田; Masaaki Kobayashi; 正明小林; Daisuke Shibata; 大介柴田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-07-24
Filing date: 2000-07-24
Publication date: 2002-02-06
Anticipated expiration: 2020-07-24
Also published as: JP3487269B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の排気系にＮＯx吸収材
が配置された排気浄化装置において、ＮＯx吸収材の不
要な劣化を防止しつつＮＯx吸収材の酸化物による被毒
を確実に解消することができる技術を提供することを課
題とする。【解決手段】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設けられ流入排気の酸素濃度
が高いときは窒素酸化物を吸蔵し流入排気の酸素濃度が
低下したときは吸蔵していた窒素酸化物を放出するＮＯ
x吸収材と、前記ＮＯx吸収材の酸化物による被毒を解消
する必要が生じると、前記内燃機関が減速運転状態及び
アイドル運転状態にあるときに、前記ＮＯx吸収材の被
毒解消処理を実行する被毒解消手段と、を備えたことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気を
浄化する技術に関し、特に内燃機関の排気系に設けられ
た排気浄化触媒の被毒を解消する技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車などに搭載される希薄燃
焼式内燃機関では、内燃機関の排気に含まれる窒素酸化
物（ＮＯx）を浄化する技術として、吸蔵還元型ＮＯx触
媒に代表されるＮＯx吸収材が提案されている。

【０００３】ＮＯx吸収材は、流入排気の酸素濃度が高
いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収し、流入
排気の酸素濃度が低下したときは吸収していた窒素酸化
物（ＮＯx）を放出するものである。

【０００４】このようなＮＯx吸収材の一種である吸蔵
還元型ＮＯx触媒は、流入排気の酸素濃度が高いときは
排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収するとともに、流
入排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは
吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ窒素
（Ｎ₂）に還元する触媒である。

【０００５】吸蔵還元型ＮＯx触媒が希薄燃焼式内燃機
関の排気系に配置されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒にリ
ーン空燃比の排気が流入したときには、排気中の窒素酸
化物（ＮＯx）が前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収され、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に理論空燃比又はリッチ空燃
比の排気が流入したときには、前記吸蔵還元型ＮＯx触
媒に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）が二酸化窒素
（ＮＯ₂）として放出され、放出された二酸化窒素（Ｎ
Ｏ₂）が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）等の還元成分と反応して窒素（Ｎ₂）に還元される
ことになる。

【０００６】一方、内燃機関の燃料には硫黄（Ｓ）成分
が含まれている場合があり、そのような燃料が内燃機関
で燃焼されると、燃料中の硫黄（Ｓ）成分が酸化してＳ
Ｏ₂やＳＯ₃などの硫黄酸化物（ＳＯx）を形成する。前
記吸蔵還元型ＮＯx触媒は、窒素酸化物（ＮＯx）と同様
のメカニズムにより排気中の硫黄酸化物（ＳＯx）を吸
収するため、内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触
媒が配置されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒には窒素酸化
物（ＮＯx）のみならず硫黄酸化物（ＳＯx）も吸収され
ることになる。

【０００７】ところが、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収さ
れた硫黄酸化物（ＳＯx）は時間の経過とともに安定な
硫酸バリウム（ＢａＳＯ₄）を形成するため、吸蔵還元
型ＮＯx触媒から窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元す
る条件下では、分解及び放出され難く吸蔵還元型ＮＯx
触媒内に蓄積されやすい。

【０００８】吸蔵還元型ＮＯx触媒内のＳＯx蓄積量が増
大すると、該吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が低
下して排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を十分に浄化する
ことが困難となる、所謂ＳＯx被毒が発生する。

【０００９】このような排気浄化触媒の酸化物による被
毒を解消する技術として、特開平８−１７０５５８号公
報に記載されたような内燃機関の排気浄化装置が提案さ
れている。

【００１０】上記した公報に記載された内燃機関の排気
浄化装置は、排気流量が少ないアイドル運転時に、触媒
を加熱するとともに該触媒に流入する排気の空燃比を理
論空燃比よりリッチ側に制御することにより、排気によ
る触媒の不要な冷却、及び排気のリッチ化に伴う燃料消
費量の増加を抑制しつつ、触媒の被毒解消を図ろうとす
るものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、内燃機関が
アイドル運転状態にあるときは、内燃機関から単位時間
当たりに排出される排気の流量が少なくなり、それに応
じて触媒へ単位時間当たりに流入する排気の流量も少な
くなるため、排気の空燃比がリッチ空燃比とされた際に
単位時間当たりに触媒へ流入する還元剤の量が少なくな
る。

【００１２】従って、前述した従来の排気浄化装置のよ
うにアイドル運転時にのみ触媒の被毒解消処理が実行さ
れる排気浄化装置では、触媒の被毒を解消するために内
燃機関が長期間にわたってアイドル運転される必要があ
り、内燃機関のアイドル運転が長期間継続されない場合
には、触媒の被毒を十分に解消することが困難となる。
一方、内燃機関のアイドル運転が長期間継続され、そ
の間継続して排気の空燃比がリッチ空燃比にされると、
排気浄化触媒より上流の排気通路の壁面などに付着する
還元剤の量が過剰に増加する場合がある。

【００１３】排気通路の壁面に多量の還元剤が付着した
状態で内燃機関の運転状態がアイドル運転状態から加速
運転状態へ移行されると、排気圧力の上昇により排気通
路壁面に付着していた比較的多量の還元剤が排気通路壁
面から一斉に離脱して触媒へ流入する可能性がある。

【００１４】排気通路壁面から離脱した多量の還元剤が
触媒へ流入すると、それらの還元剤が触媒において急激
に燃焼し、触媒が過熱によって劣化してしまう可能性が
ある。本発明は上記したような種々の問題に鑑みてな
されたものであり、内燃機関の排気系にＮＯx吸収材が
配置された排気浄化装置において、ＮＯx吸収材の不要
な劣化を防止しつつＮＯx吸収材の酸化物による被毒を
確実に解消することができる技術を提供することを目的
とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記したよう
な課題を解決するために以下のような手段を採用した。
すなわち、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設けられ流入排気の酸素濃度が高
いときは窒素酸化物を吸蔵し流入排気の酸素濃度が低下
したときは吸蔵していた窒素酸化物を放出するＮＯx吸
収材と、前記ＮＯx吸収材の酸化物による被毒を解消す
る必要が生じると、前記内燃機関が減速運転状態及びア
イドル運転状態にあるときに、前記ＮＯx吸収材の被毒
解消処理を実行する被毒解消手段と、を備えたことを特
徴としている。

【００１６】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、ＮＯx吸収材の酸化物による被毒を解消する
必要が生じると、被毒解消手段は、内燃機関の運転状態
がアイドル運転状態にあること、又は内燃機関の運転状
態が減速運転状態にあることを条件に、前記ＮＯx吸収
材の被毒解消処理を実行することになる。

【００１７】すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄
化装置では、ＮＯx吸収材の酸化物による被毒を解消す
る必要が生じると、内燃機関の運転状態がアイドル運転
状態にあるときに加え、内燃機関の運転状態が減速運転
状態にあるときにもＮＯx吸収材の被毒解消処理が実行
されることになる。

【００１８】この結果、被毒解消処理の実行領域が拡大
されることになり、被毒処理の実行時間を確保すること
が容易となる。尚、被毒解消処理では、被毒解消手段
は、ＮＯx吸収材に流入する排気の空燃比を理論空燃比
又はリッチ空燃比とするようにしてもよい。

【００１９】次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化触
媒は、内燃機関の排気通路に設けられ流入排気の酸素濃
度が高いときは窒素酸化物を吸蔵し流入排気の酸素濃度
が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していた窒素
酸化物を放出しつつ還元・浄化するＮＯx触媒と、前記
ＮＯx触媒より上流の排気通路へ還元剤を添加する還元
剤添加手段と、前記ＮＯx触媒の酸化物による被毒を解
消する必要が生じると、前記内燃機関が減速運転状態及
びアイドル運転状態にあるときに、前記ＮＯx触媒の被
毒を解消すべく前記還元剤添加手段を制御する被毒解消
手段と、を備えることを特徴とするようにしてもよい。

【００２０】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、被毒解消手段は、ＮＯx触媒の酸化物による
被毒を解消する必要が生じると、内燃機関の運転状態が
アイドル運転状態にあること、又は内燃機関の運転状態
が減速運転状態にあることを条件に、前記ＮＯx触媒の
被毒解消処理を実行すべく還元剤添加手段を制御するこ
とになる。

【００２１】この場合、内燃機関の運転状態がアイドル
運転状態にあるときに加え、内燃機関の運転状態が減速
運転状態にあるときにもＮＯx触媒の被毒解消処理が実
行されるため、被毒解消処理の実行領域が拡大され、そ
の結果、被毒解消処理の実行時間を確保することが容易
となる。

【００２２】尚、被毒解消手段は、ＮＯx触媒の酸化物
による被毒を解消する必要がある状況下において、内燃
機関が減速運転状態又はアイドル運転状態にあるときに
は、ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比又
はリッチ空燃比となるよう還元剤添加手段を制御し、内
燃機関が減速運転状態及びアイドル運転状態にないとき
には、ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃
比となるよう還元剤添加手段を制御するようにしてもよ
い。

【００２３】これは、ＮＯx触媒より上流の排気通路へ
還元剤を添加するよう構成された排気浄化触媒を想定し
たものであり、被毒解消処理の実行途中で内燃機関の運
転状態がアイドル運転及び減速運転状態以外の運転状態
へ移行して被毒解消処理の実行が中断されたときに、Ｎ
Ｏx触媒上流の排気通路へ還元剤が添加されて排気空燃
比が理論空燃比又はリッチ空燃比になると、還元剤がＮ
Ｏx触媒を通過する際に該還元剤がＮＯx触媒から熱を受
けて気化する代わりにＮＯx触媒の温度が低下してしま
う可能性があるからである。

【００２４】また、被毒解消手段は、被毒解消処理の実
行中に内燃機関が所定時間以上継続してアイドル運転さ
れた後に加速運転されたときには、加速運転の開始時点
から所定期間は還元剤の添加を禁止すべく還元剤添加手
段を制御するようにしてもよい。

【００２５】ここで、内燃機関がアイドル運転状態にあ
るときは、排気の流量が少なく排気の圧力が低いため、
還元剤添加手段から排気通路へ添加された還元剤がＮＯ
x触媒より上流の排気通路壁面等に付着し易い。

【００２６】内燃機関のアイドル運転状態が長期にわた
って継続されると、ＮＯx触媒より上流の排気通路壁面
に多量の還元剤が付着することになる。このようにして
排気通路壁面に付着した還元剤は、内燃機関が加速運転
状態にあるときのように排気の流量が多く排気圧力が高
いときに、排気通路壁面から離脱してＮＯx触媒へ流入
する。

【００２７】従って、内燃機関が所定時間以上継続して
アイドル運転された後に加速運転されると、内燃機関の
アイドル運転時に排気通路壁面に付着した多量の還元剤
が内燃機関の加速運転時に一斉に排気通路壁面から離脱
してＮＯx触媒へ流入することになるため、そのような
状況下で還元剤添加手段から排気通路へ還元剤が添加さ
れると、ＮＯx触媒へ過剰な還元剤が供給され、それら
の還元剤がＮＯx触媒にて急激に燃焼してＮＯx触媒が過
熱してしまう。

【００２８】これに対し、被毒解消処理の実行中に内燃
機関が所定時間以上継続してアイドル運転された後に加
速運転されたときに、加速運転の開始時点から所定期間
において還元剤の添加が禁止されると、排気通路壁面か
ら離脱した還元剤のみがＮＯx触媒へ流入することにな
り、排気通路壁面から離脱した還元剤に加えて還元剤添
加手段から排気通路へ添加された還元剤が一斉にＮＯx
触媒へ流入することがない。前記した所定期間は、固
定値であってもよく、或いは内燃機関のアイドル運転継
続時間に応じて変更される可変値であってもよい。

【００２９】また、本発明に係る被毒解消手段は、内燃
機関のアイドル運転継続時間が予め設定された上限値を
越えると還元剤の供給を禁止するようにしてもよい。本
発明に係るＮＯx触媒としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒を
例示することができ、本発明に係る酸化物としては、硫
黄酸化物（ＳＯx）を例示することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明に係る内燃機関の排気浄化
装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明す
る。

【００３１】図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用
する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図であ
る。図１に示す内燃機関１は、車両駆動用のディーゼル
機関であり、この内燃機関１には、吸気枝管２と排気枝
管３とが接続されている。

【００３２】前記吸気枝管２は、吸気管４と接続され、
この吸気管４は、上流にて図示しないエアクリーナボッ
クスを介して吸気ダクトと接続されている。前記吸気管
４の途中には、該吸気管４を流れる吸気の流量を調整す
る吸気絞り弁５が配置されている。

【００３３】一方、前記排気枝管３は、排気管６と接続
され、この排気管６は、下流にて図示しないマフラーと
接続されている。前記排気管６の途中には、本発明に係
るＮＯx吸収材としての吸蔵還元型ＮＯx触媒を収容した
ケーシング７が配置され、このケーシング７より上流の
排気管６には、該排気管６内を流れる排気中に還元剤た
る燃料を添加する燃料添加ノズル８が取り付けられてい
る。

【００３４】前記燃料添加ノズル８は、燃料管９を介し
て燃料ポンプ１０と接続され、燃料ポンプ１０から吐出
された燃料を前記排気管６内へ噴射することが可能にな
っている。

【００３５】前記ケーシング７内に収容されている吸蔵
還元型ＮＯx触媒７０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（Ｎ
ａ）、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構成されて
いる。

【００３６】ここで、内燃機関１の吸気通路、及び吸蔵
還元型ＮＯx触媒７０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（ＨＣ））の比を吸蔵還元
型ＮＯx触媒７０に流入する排気の空燃比（以下、排気
空燃比と略称する）と、吸蔵還元型ＮＯx触媒７０は、
排気空燃比がリーン空燃比となって排気中の酸素濃度が
高いときには、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収
し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となって
排気中の酸素濃度が低下したときには、吸収していた窒
素酸化物（ＮＯx）を放出するＮＯx吸放出作用を行う。

【００３７】吸蔵還元型ＮＯx触媒７０のＮＯx吸放出作
用は、おおよそ図２に示されるようなメカニズムで行わ
れているものと考えられる。以下、このメカニズムにつ
いてアルミナからなる担体上に白金（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。

【００３８】まず、排気空燃比がリーン空燃比となって
排気中の酸素濃度が高くなると、図２（Ａ）に示される
ように、排気中の酸素（Ｏ₂）がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形で白
金（Ｐｔ）の表面に付着する。一方、排気中に含まれる
一酸化窒素（ＮＯ）は、白金（Ｐｔ）の表面上でＯ₂ ^-又
はＯ^2-と反応して二酸化窒素（ＮＯ₂）なる（２ＮＯ＋
Ｏ₂→２ＮＯ₂）。

【００３９】次いで、二酸化窒素（ＮＯ₂）の一部は、
白金（Ｐｔ）上で酸化されつつ吸蔵還元型ＮＯx触媒７
０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（ＮＯ₃ ^-）の形で吸蔵還元型ＮＯx触媒７
０内に拡散する。

【００４０】このようにして、排気中の窒素酸化物（Ｎ
Ｏx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒７０に吸収されることにな
る。吸蔵還元型ＮＯx触媒７０のＮＯx吸収作用は、該吸
蔵還元型ＮＯx触媒７０に流入する排気の酸素濃度が高
く、且つ該吸蔵還元型ＮＯx触媒７０のＮＯx吸収能力が
飽和しない限り継続される。

【００４１】これに対して、排気空燃比が理論空燃比又
はリッチ空燃比となって排気中の酸素濃度が低下する
と、図２（Ｂ）に示されるように、白金（Ｐｔ）の表面
上において二酸化窒素（ＮＯ₂）の生成量が低下するた
め、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合していた硝酸イオン
（ＮＯ_3-）が逆に二酸化窒素（ＮＯ₂）や一酸化窒素
（ＮＯ）となって吸蔵還元型ＮＯx触媒７０から放出さ
れる。

【００４２】その際、排気中に存在する未燃燃料成分
（炭化水素（ＨＣ））や一酸化炭素（ＣＯ）の一部は、
白金（Ｐｔ）上の酸素（Ｏ₂ ^-又はＯ^2-）と反応して酸化
せしめられ、残りの炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）は、吸蔵還元型ＮＯx触媒７０から放出された二酸
化窒素（ＮＯ₂）及び一酸化窒素（ＮＯ）と反応して、
二酸化窒素（ＮＯ₂）及び一酸化窒素（ＮＯ）を窒素
（Ｎ₂）に還元せしめることになる。

【００４３】即ち、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化
炭素（ＣＯ）は、先ず白金（Ｐｔ）上の酸素（Ｏ₂ ^-又は
Ｏ^2-）と反応して酸化せしめられる。続いて、白金（Ｐ
ｔ）上の酸素（Ｏ₂ ^-又はＯ^2-）が消費された後に排気中
に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が残存してい
れば、それらの炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）、（特に、酸素（Ｏ₂ ^-又はＯ^2-）によって部分酸化
された炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の活性
種）が吸蔵還元型ＮＯx触媒７０から放出された窒素酸
化物（ＮＯx）及び内燃機関１から排出された窒素酸化
物（ＮＯx）を窒素（Ｎ₂）に還元せしめる。

【００４４】上記したような吸蔵還元型ＮＯx触媒７０
によれば、排気空燃比がリーン空燃比であるときは、排
気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒７０
に吸収されて排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が除去さ
れ、排気空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比であると
きは、吸蔵還元型ＮＯx触媒７０に吸収されていた窒素
酸化物（ＮＯx）が該吸蔵還元型ＮＯx触媒７０から放出
されつつ窒素（Ｎ₂）に還元されるとともに、内燃機関
１から排出された窒素酸化物（ＮＯx）も吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒７０において窒素（Ｎ2）等に還元されることに
なる。

【００４５】このように構成された内燃機関１には、該
内燃機関１の運転状態を制御するための電子制御ユニッ
ト（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）１１が併設さ
れている。このＥＣＵ１１は、例えば、双方向性バスに
よって相互に接続された、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バ
ックアップＲＡＭ、入力ポート、或いは出力ポート等か
ら構成されている。

【００４６】前記ＥＣＵ１１には、内燃機関１の図示し
ないクランクシャフトが所定の角度（例えば、１０°）
回転する度にパルス信号を出力するクランクポジション
センサ１２や、車室内に設けられたアクセルペダル１３
の操作量に対応した電気信号を出力するアクセルポジシ
ョンセンサ１４等の各種センサに加え、燃料添加ノズル
８が電気的に接続され、前記したクランクポジションセ
ンサ１２やアクセルポジションセンサ１４等の出力信号
をパラメータとして燃料添加ノズル８を制御することが
可能となっている。

【００４７】例えば、内燃機関１のようなディーゼル機
関では、大部分の運転領域において希薄燃焼運転される
ため、吸蔵還元型ＮＯx触媒７０に流入する排気の空燃
比も大部分の運転領域においてリーン空燃比となり、吸
蔵還元型ＮＯx触媒７０のＮＯx吸収作用に対してＮＯx
放出作用が間に合わなくなり、吸蔵還元型ＮＯx触媒７
０のＮＯx吸収能力が飽和することが想定される。

【００４８】これに対し、ＥＣＵ１１は、内燃機関１が
希薄燃焼運転されている場合に、吸蔵還元型ＮＯx触媒
７０に流入する排気の空燃比を比較的短い周期でスパイ
ク的（短時間）に理論空燃比又はリッチ空燃比とすべく
還元剤添加ノズル８を制御する、所謂リッチスパイク制
御を実行することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒７０に
おいて短周期的に窒素酸化物（ＮＯx）の放出及び還元
が行われるようにしている。

【００４９】一方、内燃機関１の燃料には硫黄（Ｓ）成
分が含まれている場合があり、そのような燃料が燃焼さ
れると燃料中の硫黄（Ｓ）成分が酸化されてＳＯ₂やＳ
Ｏ₃などの硫黄酸化物（ＳＯx）が生成される。

【００５０】上記したような硫黄酸化物（ＳＯx）が排
気とともに吸蔵還元型ＮＯx触媒７０に流入すると、吸
蔵還元型ＮＯx触媒７０は窒素酸化物（ＮＯx）と同様の
メカニズムによって硫黄酸化物（ＳＯx）を吸収するこ
とになる。

【００５１】すなわち、吸蔵還元型ＮＯx触媒７０に流
入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときには、前
述したＮＯx吸収作用の説明で述べたように、酸素
（Ｏ₂）がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形で吸蔵還元型ＮＯx触媒７０
の白金（Ｐｔ）の表面に付着しているため、排気中の硫
黄酸化物（ＳＯx）（例えば、ＳＯ₂）が白金（Ｐｔ）の
表面上で酸化されてＳＯ₃となる。

【００５２】続いて、ＳＯ₃は、白金（Ｐｔ）の表面で
更に酸化されながら吸蔵還元型ＮＯx触媒７０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 ^-）の形で吸蔵還元型ＮＯx触媒７０内に拡散し
て硫酸バリウム（ＢａＳＯ₄）を生成する。

【００５３】ところで、上記した硫酸バリウム（ＢａＳ
Ｏ₄）は安定していて分解しずらく、流入排気の空燃比
がリッチ空燃比にされても分解されずに吸蔵還元型ＮＯ
x触媒７０内に残留してしまう。したがって、時間の経
過に伴って吸蔵還元型ＮＯx触媒７０における硫酸バリ
ウム（ＢａＳＯ₄）の生成量が増大すると、吸蔵還元型
ＮＯx触媒７０の吸収に関与できる酸化バリウム（Ｂａ
Ｏ）の量が減少してしまい、以て吸蔵還元型ＮＯx触媒
７０のＮＯx吸収能力が低下する、所謂ＳＯx被毒が発生
することになる。

【００５４】そこで、本実施の形態に係る内燃機関の排
気浄化装置では、ＥＣＵ１１は、内燃機関１の運転履歴
等をパラメータとして吸蔵還元型ＮＯx触媒７０に吸収
された硫黄酸化物（ＳＯx）量を推定し、その推定量が
所定の上限値に達すると吸蔵還元型ＮＯx触媒７０から
硫黄酸化物（ＳＯx）を放出させるべく被毒解消処理を
実行するようにした。

【００５５】吸蔵還元型ＮＯx触媒７０のＳＯx被毒を解
消する方法としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒７０の触媒
床温をＮＯx放出・還元作用が行われる場合より高い温
度域（例えば、６００〜６５０℃）まで昇温させた上
で、排気空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比にする方
法が効果的であると考えられている。

【００５６】このような方法によれば、吸蔵還元型ＮＯ
x触媒７０に吸蔵されていた硫酸バリウム（ＢａＳＯ₄）
が分解されてＳＯ₃になり、さらにＳＯ₃が排気中の炭化
水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）によって還元せしめ
られ、ＳＯ₂となって放出されることになる。

【００５７】以下、被毒解消処理について具体的に説明
する。＜実施の形態１＞先ず、第１の実施の形態に係るＳＯx
被毒解消処理について説明する。

【００５８】本実施の形態に係るＳＯx被毒解消処理
は、内燃機関１がアイドル運転状態又は減速運転状態に
あるときに実行される。内燃機関１がアイドル運転状態
にあるとき、及び、内燃機関１が減速運転状態にあると
きは、排気流量が少なくなるため、燃料添加ノズル８の
噴射量が比較的少なくされても、排気空燃比を理論空燃
比又はリッチ空燃比とすることが可能となる。

【００５９】その際、吸気絞り弁５の開度が絞られる
と、内燃機関１の吸気量が減少され、それに応じて排気
流量が更に減少するため、燃料添加ノズル８の噴射量が
更に少なくされても、排気空燃比を理論空燃比又はリッ
チ空燃比とすることが可能となる。

【００６０】以下、本実施の形態におけるＳＯx被毒解
消処理について図３のフローチャートに沿って説明す
る。図３に示すフローチャートは、ＳＯx被毒解消処理
ルーチンを示すフローチャートであり、前記ＳＯx被毒
解消処理ルーチンは、ＥＣＵ１１によって所定時間毎
（例えば、クランクポジションセンサ１２がパルス信号
を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。

【００６１】＜ステップ１０１＞先ず、ステップ１０１
では、ＥＣＵ１１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒７０に吸収
されている硫黄酸化物（ＳＯx）量を推定する。硫黄酸
化物（ＳＯx）の吸収量を推定する方法としては、機関
回転数とアクセルポジションセンサ１４の出力信号値
（アクセル開度）とをパラメータとして単位時間当たり
の吸蔵還元型ＮＯx触媒７０に吸蔵される硫黄酸化物
（ＳＯx）量を算出し、それを累積することにより吸蔵
還元型ＮＯx触媒７０の硫黄酸化物（ＳＯx）吸収量を推
定する方法を例示することができる。

【００６２】その際、機関回転数とアクセル開度とＳＯ
x吸収量との関係を予め実験的に求めておき、それらの
関係を予めマップ化しておくようにしてもよい。＜ステップ１０２＞ステップ１０２では、ＥＣＵ１１
は、前記ステップ１０１において算出された硫黄酸化物
（ＳＯx）吸収量が所定の上限値以上であるか否かを判
別する。その際、硫黄酸化物（ＳＯx）吸収量が所定の
上限値未満であると判定されると、ＥＣＵ１１は、本ル
ーチンの実行を一旦終了する。一方、硫黄酸化物（ＳＯ
x）吸収量が所定の上限値以上であると判定されると、
ＥＣＵ１１は、ステップ１０３へ進むことになる。

【００６３】＜ステップ１０３＞ステップ１０３では、
ＥＣＵ１１は、内燃機関１が減速運転状態にあるか否か
を判定する。内燃機関１の減速運転状態を判定する方法
としては、アクセル開度が“零”である、車両の走行速
度が“０”ではない、あるいは、図示しないブレーキペ
ダルの操作量が“０”ではない、等の条件が成立してい
るときに内燃機関１が減速運転状態にあると判定する方
法を例示することができる。

【００６４】このステップ１０３において内燃機関１が
減速運転状態にないと判定された場合は、ＥＣＵ１１
は、ステップ１０４へ進む。一方、ステップ１０３にお
いて内燃機関１が減速運転状態にあると判定された場合
は、ＥＣＵ１１は、ステップ１０５へ進む。

【００６５】＜ステップ１０４＞ステップ１０４では、
ＥＣＵ１１は、内燃機関１がアイドル運転状態にあるか
否かを判定する。内燃機関１のアイドル運転状態を判定
する方法としては、アクセル開度が“０”である、機関
回転数が所定回転数以下である、或いは車両の走行速度
が“０”である、等の条件が成立しているときに内燃機
関１がアイドル運転状態にあると判定する方法を例示す
ることができる。

【００６６】このステップ１０４において内燃機関１の
運転状態がアイドル運転状態にないと判定された場合
は、ＥＣＵ１１は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
一方、ステップ１０４において内燃機関１の運転状態が
アイドル運転状態にあると判定された場合は、ＥＣＵ１
１は、ステップ１０５へ進む。

【００６７】＜ステップ１０５＞ステップ１０５では、
ＥＣＵ１１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒７０のＳＯx被毒を
回復させるべく、被毒解消処理を実行する。被毒解消処
理では、ＥＣＵ１１は、例えば、還元剤噴射ノズル８か
ら排気管６内へ還元剤を添加させることにより、吸蔵還
元型ＮＯx触媒７０に流入する排気の空燃比を理論空燃
比又はリッチ空燃比とし、以て吸蔵還元型ＮＯx触媒７
０の床温を高めつつ吸蔵還元型ＮＯx触媒７０から硫黄
酸化物（ＳＯx）を放出させる。

【００６８】このようにＥＣＵ１１が上記の被毒解消処
理ルーチンを実行することにより、本発明に係る被毒解
消手段が実現されることになる。従って、本実施の形態
に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関１が
アイドル運転状態にあるときに加えて、内燃機関１が減
速運転状態にあるときも被毒解消処理が実行されること
になるため、内燃機関１がアイドル運転状態にあるとき
にのみＳＯx被毒解消処理が実行される場合に比して、
ＳＯx被毒解消処理の実行時間を十分に確保することが
可能となる。

【００６９】＜実施の形態２＞次に、第２の実施の形態
に係るＳＯx被毒解消処理について述べる。本実施の形
態に係るＳＯx被毒解消処理では、ＳＯx被毒解消処理の
実行中の内燃機関１の運転状態を監視し、ＳＯx被毒解
消処理の実行中に内燃機関１の運転状態がアイドル運転
状態から加速運転状態に移行すると、燃料添加ノズル８
による燃料添加を禁止する。

【００７０】内燃機関１がアイドル運転状態にあるとき
に燃料添加ノズル８から排気管６内へ添加された燃料
は、その全てが吸蔵還元型ＮＯx触媒７０へ到達する訳
ではなく、吸蔵還元型ＮＯx触媒７０より上流の排気管
６の壁面等に付着して滞留することになる。

【００７１】ＳＯx被毒解消処理の実行中に内燃機関１
のアイドル運転状態が長期間にわたって継続されると、
吸蔵還元型ＮＯx触媒７０より上流の排気管６内に滞留
する燃料量が増加する。このような状況下で内燃機関１
の運転状態がアイドル運転状態から加速運転状態へ移行
すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒７０より上流の排気管６
内に滞留していた多量の燃料が一斉に吸蔵還元型ＮＯx
触媒７０に流入し、それらの燃料が吸蔵還元型ＮＯx触
媒７０において急激に燃焼する場合がある。

【００７２】このように吸蔵還元型ＮＯx触媒７０にお
いて多量の燃料が急激に燃焼すると、燃料が燃焼する際
に発生する熱によって吸蔵還元型ＮＯx触媒７０が過熱
され、吸蔵還元型ＮＯx触媒７０が熱劣化する可能性が
ある。

【００７３】これに対し、本実施の形態に係るＳＯx被
毒解消処理では、ＥＣＵ１１がアイドル運転の継続時間
を監視し、その継続時間が所定時間以上になると燃料添
加ノズル８から排気管６内への燃料添加を禁止するよう
にした。

【００７４】更に、本実施の形態に係るＳＯx被毒解消
処理では、内燃機関１が所定時間以上継続してアイドル
運転された後に加速運転状態へ継続されると、加速運転
が開始された時点から所定の期間は燃料添加ノズル８か
ら排気管６内への燃料添加を防止するようにした。

【００７５】尚、上記した所定期間は、予め設定されて
いる固定値であってもよく、あるいはアイドル運転状態
の継続時間に応じて変更される可変値であってもよい。
以下、本実施の形態におけるＳＯx被毒解消処理につい
て図４のフローチャートに沿って説明する。

【００７６】図４に示すフローチャートは、ＳＯx被毒
解消処理監視ルーチンを示すフローチャートであり、前
記ＳＯx被毒解消処理監視ルーチンは、ＥＣＵ１１によ
って所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ１
２がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるル
ーチンである。

【００７７】＜ステップ２０１＞ステップ２０１では、
ＥＣＵ１１は、ＳＯx被毒解消処理が実行中であるか否
かを判別する。

【００７８】このステップ２０１においてＳＯx被毒解
消処理が実行中ではないと判定された場合は、ＥＣＵ１
１は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、ステッ
プ２０１においてＳＯx被毒解消処理が実行中であると
判定された場合は、ＥＣＵ１１は、ステップ２０２へ進
む。

【００７９】＜ステップ２０２＞ステップ２０２では、
ＥＣＵ１１は、アイドル運転状態の継続時間が所定時間
未満であるか否か、又はアイドル運転状態から加速運転
状態へ移行した時点からの経過時間が所定時間より長い
か否かを判別する。

【００８０】このステップ２０２においてアイドル運転
状態の継続時間が所定時間未満である、或いはアイドル
運転状態から加速運転状態へ移行した時点からの経過時
間が所定時間より長いと判定した場合は、ＥＣＵ１１
は、本ルーチンの実行を一旦終了する。

【００８１】一方、ステップ２０２においてアイドル運
転状態の継続時間が所定時間以上であり、且つアイドル
運転状態から加速運転状態へ移行した時点からの経過時
間が所定時間以下であると判定された場合は、ＥＣＵ１
１は、ステップ２０３へ進む。

【００８２】＜ステップ２０３＞ステップ２０３では、
ＥＣＵ１１は、燃料添加ノズル８から排気管６内への燃
料添加を禁止する。

【００８３】以上述べた実施の形態によれば、ＳＯx被
毒解消処理の実行中に内燃機関１が所定時間以上継続し
てアイドル運転された後に加速運転へ移行した場合に、
アイドル運転時に排気管６に滞留した燃料と、燃料添加
ノズル８から添加された燃料とが一斉に吸蔵還元型ＮＯ
x触媒７０へ流入することがなくなるため、吸蔵還元型
ＮＯx触媒７０において過剰な燃料が急激に燃焼するこ
とが無く、以て吸蔵還元型ＮＯx触媒７０の過熱による
劣化が防止されることになる。

【００８４】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置で
は、ＮＯx吸収材又はＮＯx触媒の酸化物による被毒を解
消する必要が生じると、内燃機関がアイドル運転状態に
あるときに加え、内燃機関が減速運転状態にあるときも
被毒解消処理が実行されることになるため、被毒解消処
理の実行領域が拡大され、以て被毒解消処理の実行時間
を十分に確保することが容易となる。

【００８５】この結果、ＮＯx吸収材又はＮＯx触媒の酸
化物による被毒を短期間で解消することが可能となる。
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、
被毒解消処理において排気の空燃比を理論空燃比又はリ
ッチ空燃比とする必要があっても、内燃機関がアイドル
運転状態にあるとき及び減速運転状態にあるときのよう
に排気の流量が比較的少ないときに被毒解消処理が実行
されるため、比較的少量の燃料によって排気空燃比を理
論空燃比又はリッチ空燃比にすることが可能となる。

【００８６】また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装
置がＮＯx触媒より上流の排気通路へ還元剤を添加する
還元剤添加手段を備えている場合は、被毒解消処理が実
行されている状況下で内燃機関が所定時間以上のアイド
ル運転状態を継続した後に加速運転状態へ移行すると、
加速運転の開始から所定の期間において還元剤の添加が
禁止されるため、アイドル運転時に排気通路に滞留した
還元剤と、還元剤添加手段により排気通路へ添加された
還元剤とが一斉にＮＯx触媒に流入することがない。

【００８７】この結果、ＮＯx触媒において過剰な還元
剤が一斉に酸化（燃焼）するようなことがなく、還元剤
の燃焼に起因したＮＯx触媒の過熱が防止され、以てＮ
Ｏx触媒の熱劣化を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の全体図

【図２】吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸放出メカニズム
を説明する図

【図３】第１の実施の形態に係るＳＯx被毒解消処理ル
ーチンを示すフローチャート図

【図４】第２の実施の形態に係るＳＯx被毒解消処理監
視ルーチンを示すフローチャート図

【符号の説明】

１・・・内燃機関２・・・吸気枝管３・・・排気枝管４・・・吸気管５・・・吸気絞り弁６・・・排気管７・・・ケーシング７０・・吸蔵還元型ＮＯx触媒８・・・燃料添加ノズル９・・・燃料配管１０・・燃料ポンプ１１・・ＥＣＵ１２・・クランクポジションセンサ１３・・アクセルペダル１４・・アクセルポジションセンサ

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＫ 3/36 １０１Ａ１０１Ｂ (72)発明者塚崎之弘愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者松岡広樹愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者林孝太郎愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者石山忍愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者大坪康彦愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者曲田尚史愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者小林正明愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者柴田大介愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者小田富久愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者原田泰生愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者小野智幸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 AA18 AB06 BA11 BA14 CA16 CA18 DA00 DC03 EA00 EA07 FA12 FA17 FA19 FB10 FB11 FB12 GB02W GB03W GB04W GB06W GB10X GB17X 4D048 AA06 AB02 AB07 AC02 BA03X BA14X BA15X BA18X BA30X BA41X BC01 BD02 BD03 DA01 DA02 DA08 DA10 DA20 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられ流入排気
の酸素濃度が高いときは窒素酸化物を吸蔵し流入排気の
酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素酸化物を放
出するＮＯx吸収材と、前記ＮＯx吸収材の酸化物による被毒を解消する必要が
生じると、前記内燃機関が減速運転状態及びアイドル運
転状態にあるときに、前記ＮＯx吸収材の被毒解消処理
を実行する被毒解消手段と、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】前記被毒解消手段は、前記ＮＯx吸収材
に流入する排気の空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比
として前記ＮＯx吸収材の被毒を解消することを特徴と
する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】内燃機関の排気通路に設けられ流入排気
の酸素濃度が高いときは窒素酸化物を吸蔵し流入排気の
酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵して
いた窒素酸化物を放出しつつ還元・浄化するＮＯx触媒
と、前記ＮＯx触媒より上流の排気通路へ還元剤を添加する
還元剤添加手段と、前記ＮＯx触媒の酸化物による被毒を解消する必要が生
じると、前記内燃機関が減速運転状態及びアイドル運転
状態にあるときに、前記ＮＯx触媒の被毒を解消すべく
前記還元剤添加手段を制御する被毒解消手段と、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４】前記被毒解消手段は、前記ＮＯx触媒の
酸化物による被毒を解消する必要がある状況下におい
て、前記内燃機関が減速運転状態又はアイドル運転状態にあ
るときは、前記ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比が理
論空燃比又はリッチ空燃比となるよう前記還元剤添加手
段を制御し、前記内燃機関が減速運転状態及びアイドル運転状態にな
いときは、前記ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比がリ
ーン空燃比となるよう前記還元剤添加手段を制御するこ
とを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装
置。
【請求項５】前記被毒解消手段は、被毒解消処理の実
行中に前記内燃機関が所定時間以上継続してアイドル運
転された後に加速運転されると、加速運転の開始時点か
ら所定期間は還元剤の添加を禁止すべく前記還元剤添加
手段を制御することを特徴とする請求項４に記載の内燃
機関の排気浄化装置。
【請求項６】前記被毒解消手段は、前記内燃機関のア
イドル運転継続時間に基づい前記所定期間を決定するこ
とを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装
置。
【請求項７】前記被毒解消手段は、前記内燃機関のア
イドル運転継続時間が予め設定された上限値を越えると
還元剤の添加を禁止すべく前記還元剤添加手段を制御す
ることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄
化装置。