JP2002081311A

JP2002081311A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2002081311A
Application number: JP2000269233A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Otsubo; 康彦大坪; 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; Hisafumi Magata; 尚史曲田; Masaaki Kobayashi; 正明小林; Daisuke Shibata; 大介柴田; Akihiko Negami; 秋彦根上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2002-03-22

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の排気中に含まれるＮＯｘの還元浄
化と未燃物質の酸化浄化との浄化効率を高い水準で両立
させることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する
ことのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関１の排気系は、同機関１より排
出される排気を分流する分流通路５１と、分流通路５１
毎に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２と、各分流通
路５１を流れる排気を合流させる合流通路５３と、合流
通路５３に設けられ排気中の未燃物質の酸化浄化を促す
酸化触媒５４とを備えて構成される。電子制御ユニット
３０は、各分流通路５１に設けられた還元剤添加ノズル
による燃料添加動作を各々独立に制御して、ＮＯｘ触媒
に流入する排気の空燃比を、各分流通路毎に異ならしめ
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、内燃機関の排気浄
化装置に関し、より詳細には、排気中の窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）及び炭化水素（ＨＣ）等を効果的に浄化する排気
浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】デーゼルエンジンや希薄燃焼可能なガソ
リンエンジン等の内燃機関は、広い運転領域において、
高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼に供して機
関運転を行う。この種の内燃機関に備えられる排気浄化
装置としては、例えば特許第２８４２１１１号公報に記
載された装置のように、当該機関の排気通路に吸蔵還元
型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒という）を備えて構成
される排気浄化装置が知られている。

【０００３】ＮＯｘ触媒は、排気中の酸素濃度が高い状
態ではＮＯｘを吸収し、排気中の酸素濃度が低い状態で
はＮＯｘを放出する。また、ＮＯｘ放出時にＨＣやＣＯ
といった還元成分が存在していれば、これら還元成分に
よりＮＯｘをＮ₂に還元浄化させる（ＮＯｘの還元反応
を促す）。一方、このようなＮＯｘ触媒では、所定量
（限界量）のＮＯｘが吸収されると、それ以上のＮＯｘ
は吸収されなくなる。

【０００４】そこで、同公報に記載の装置はこうしたＮ
Ｏｘ触媒の特性を活用し、当該機関の運転中、ＮＯｘ触
媒によるＮＯｘの吸収量が限界量に達する前に、排気通
路内におけるＮＯｘ触媒上流に還元剤を添加すること
で、ＮＯｘ触媒に吸収されたＮＯｘを放出および還元浄
化するとともに同触媒のＮＯｘ吸収能力を回復させると
いった還元剤の添加制御を周期的に繰り返す。

【０００５】ところで、上記ＮＯｘ触媒上流への還元剤
の添加制御に関し、添加された還元剤の排気中への拡散
が十分でなかったり、ＮＯｘ触媒に吸収されたＮＯｘを
還元させる必要十分量を上回る量の還元剤が添加される
ことにより、過剰な還元剤がＮＯｘ触媒を素通りし、未
燃物質（ＨＣやＣＯ等）として同触媒の下流に流出する
懸念がある。ちなみに、この種の内燃機関の排気通路に
は、ＮＯｘ触媒下流において排気中のＨＣやＣＯをＨ₂
ＯやＣＯ₂に酸化浄化する酸化触媒を更に備える構成を
採用するのが通常ではある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
酸化触媒が排気中のＨ₂ＯやＣＯ₂の酸化を促すために
は、その排気中における酸素濃度がある程度以上高くな
ければならない。一方、上述のように、過剰な還元剤が
ＮＯｘ触媒を素通りして触媒下流に流出するような条件
下では、そのような過剰な還元剤を含んだ排気が酸化触
媒に到達するまでに、排気中の酸素の多くが還元剤によ
り消費されることとなる。すなわち、酸化触媒に流入す
る排気中の酸素濃度が低下し、過剰な還元剤（未燃物
質）の浄化に要求される酸化触媒の浄化機能を十分に確
保することができなかった。

【０００７】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、内燃機関の
排気中に含まれるＮＯｘの還元浄化と未燃物質の酸化浄
化との浄化効率を高い水準で両立させることのできる内
燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本出願に係る発明は、上
記した技術的課題を解決するために以下に示す手段を採
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を流れる排気を分流する複数
の分流通路と、前記複数の分流通路の各々に設けられ、
各分流通路に流入する排気の空燃比が高いときに該流入
する排気中の窒素酸化物を吸収し、同分流通路に流入す
る排気の空燃比が低くなると前記吸収した窒素酸化物を
放出および還元浄化するＮＯｘ触媒と、前記複数の分流
通路を流れる排気を合流させる合流通路と、前記合流通
路に設けられ同合流通路に流入する排気中の未燃物質の
酸化浄化を促す酸化触媒と、を有してなる内燃機関の排
気浄化装置において、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の
空燃比を、各ＮＯｘ触媒の設けられる分流通路毎に制御
する空燃比制御手段を備えることを特徴としている。こ
こで、排気の空燃比とは、排気中に存在する酸化成分
（概ね酸素）量と還元成分量との比率を意味する。

【０００９】同構成によるように、ＮＯｘ触媒が排気中
の窒素酸化物を吸収若しくは放出・還元する機能は、同
触媒の晒される排気の空燃比の高さによって異なる。一
方、酸化触媒は、同触媒の晒される排気の空燃比が高く
なるほど、未燃物質の酸化浄化を促す機能も高まること
が知られている。すなわち上記のように構成された内燃
機関の排気浄化装置によれば、各ＮＯｘ触媒に流入する
排気の空燃比を任意に異ならせることができる。したが
って、合流通路に流入する排気の空燃比が低下するよう
な状況、すなわち、合流通路に設けられた酸化触媒に流
入する排気の空燃比がリッチとなるような状況では、各
ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を異ならせて合流通
路に流れ込む排気の空燃比をリーン空燃比に維持するこ
とができる。よって、合流通路に設けられる酸化触媒に
て排気中の未燃物質を確実に酸化浄化させることが可能
となる。

【００１０】また、前記空燃比制御手段は、何れかの分
流通路に設けられたＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比
が低いときには、他の分流通路のうち少なくとも一つの
通路に設けられたＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を
高くするようにしてもよい。すなわち、前記空燃比制御
手段は、あるＮＯｘ触媒において空燃比をリッチにして
ＮＯｘ触媒の回復を行い、他のＮＯｘ触媒において空燃
比をリーンとしてＮＯｘを吸収させることにより、合流
通路に流入する排気の空燃比を全体としてリーンとなる
よう制御を行うこととなる。よって、排気中のＮＯｘが
ＮＯｘ触媒により除去され、排気中の未燃物質は、活性
状態にある酸化触媒によって確実に除去される。

【００１１】なお、ＮＯｘ触媒においてＮＯｘを放出及
び還元浄化せしめる際に該ＮＯｘ触媒より不要に流れ出
る排気中の還元剤は極微量であるため、他のＮＯｘ触媒
の何れかにおいてその空燃比をリーンにすると、合流通
路内に流入する排気の空燃比は、確実に酸化触媒の活性
を促すリーン空燃比に維持される。したがって、合流通
路に設けられた酸化触媒によって確実に排気中の未燃物
質を浄化し得る。

【００１２】また、前記空燃比制御手段は、前記分流通
路におけるＮＯｘ触媒上流に、各分流通路毎に独立した
タイミングで還元剤を添加する還元剤添加手段を有して
なる構成としてもよい。このように構成された空燃比制
御手段では、各分流通路に添加する還元剤の添加時期を
分流通路毎に異ならせることによって、各分流通路毎に
空燃比を変えることができる。したがって、合流通路に
設けられた酸化触媒に流入する排気の空燃比がリッチと
なるような状況下において、合流通路に流れ込む排気の
空燃比を全体としてリーンになるように各分流通路に対
する還元剤の添加タイミングを制御して、酸化触媒の活
性を促すことができる。

【００１３】また、前記空燃比制御手段は、前記排気通
路を流れる排気が分流される分岐点上流に還元剤を添加
する還元剤手段と、前記添加された還元剤の流下方向を
偏向する偏向手段とを有してなり、前記各分流通路に流
入する還元剤の流量を相互に変更せしめることにより、
前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を、各ＮＯｘ触
媒の設けられる分流通路毎に制御することとしてもよ
い。

【００１４】同構成によれば、還元剤を含んだ排気の流
下方向を所望の分流通路へ振り分けることが自在とな
り、分流通路の空燃比を各分流通路毎に異ならせること
ができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施の形態について説明する。〔第１の実施の形態〕まず、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置を車両駆動用ディーゼル機関に適用した第１
の実施の形態について、図１及び図２に基づいて説明す
る。

【００１６】＜ディーゼル機関の概要＞図１に示すよう
に、本実施の形態に係る内燃機関１は、燃焼室を形成す
る４つの気筒２の他、燃料噴射系、吸気系、排気系、電
子制御ユニット等をその主要構成要素として備える水冷
式の４ストローク・サイクル・ディーゼル機関である。

【００１７】内燃機関１の燃料噴射系は、燃料噴射弁
３、蓄圧室（コモンレール）４、燃料供給管５、燃料ポ
ンプ６等から構成され、機関出力を得るため燃焼に供さ
れる燃料を各気筒２の燃焼室に供給する機能を有する。
燃料噴射弁３は、その内部に電磁ソレノイド（図示略）
を備えた電磁駆動式の開閉弁である。各燃料噴射弁３
は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）
４と接続され、コモンレール４内に蓄えられた燃料を各
気筒２の燃焼室に直接噴射供給する。このコモンレール
４には、コモンレール４内の燃料の圧力（燃圧）に対応
した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａが取
り付けられている。

【００１８】前記コモンレール４は、燃料供給管５を介
して燃料ポンプ６と連通している。燃料ポンプ６は、内
燃機関１の出力軸１ａ（以下、クランクシャフトと称
す）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであ
り、燃料ポンプ６の入力軸に設けられたポンププーリ６
ａが内燃機関１のクランクシャフト１ａに設けられたク
ランクプーリ１ｂとベルト７を介して連結されている。

【００１９】このように構成された燃料噴射系では、ク
ランクシャフト１ａの回転トルクが燃料ポンプ６の入力
軸へ伝達されると、同入力軸に伝達された回転トルクに
応じた圧力の燃料が燃料ポンプ６により吐出される。燃
料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介し
てコモンレール４に供給され、コモンレール４にて所定
圧まで蓄圧された後各気筒２の燃料噴射弁３へ分配され
る。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、
燃料噴射弁３が開弁して、燃料噴射弁３から気筒２内に
燃料が噴射される。

【００２０】内燃機関１の吸気系は、吸気枝管８、吸気
管９、エアクリーナボックス１０、吸気絞り弁１３等か
ら構成され、機関外部から吸入される空気（吸気）を各
気筒２の燃焼室に導く通路としての機能を有する。吸気
枝管８は、一本の通路が下流に向かって複数の通路に分
岐した形状を呈する。吸気枝管８の下流側（各分岐通路
側）は各気筒２の燃焼室に連通する吸気ポート（図示
略）に接続され、その上流側は吸気管９に接続されてい
る。吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続され
ている。吸気管９には、同吸気管９内を流れる吸気の質
量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１
と、吸気管９内を流れる吸気の温度に対応した電気信号
を出力する吸気温度センサ１２が取り付けられている。

【００２１】また、吸気管９において吸気枝管８の直上
流に位置する部位には、吸気管９内を流れる吸気の流量
を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。吸気絞り
弁１３には、ステッパモータ等で構成され吸気絞り弁１
３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が設け
られている。また、吸気絞り弁１３の直下流に位置する
部位には、吸気枝管８内の管内圧力に対応した電気信号
を出力する過給圧センサ２３、及びインタークーラ１６
を経て吸気枝管８内に流れ込む吸気の温度に対応した電
気信号を出力する吸気温度センサ２４が設けられてい
る。

【００２２】エアフローメータ１１と吸気絞り弁１３と
の間に位置する吸気管９には、排気の熱エネルギを駆動
源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５
のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、コンプレ
ッサハウジング１５ａより下流の吸気管９には、前記コ
ンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となっ
た吸気を冷却するインタークーラ１６が設けられてい
る。

【００２３】このように構成された吸気系では、エアク
リーナボックス１０に流入した吸気がエアクリーナボッ
クス１０内のエアクリーナ（図示せず）によって塵や埃
等を除去された後、吸気管９を介してターボチャージャ
１５のコンプレッサハウジング１５ａに流入する。

【００２４】また、コンプレッサハウジング１５ａに流
入した吸気は、コンプレッサハウジング１５ａに内装さ
れたコンプレッサホイールの回転によって圧縮され、コ
ンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となっ
た吸気は、インタークーラ１６によって冷却された後、
必要に応じて吸気絞り弁１３にて流量を調節されて吸気
枝管８に流入する。また、吸気枝管８に流入した吸気
は、各枝管を介して気筒２の燃焼室へ分配され燃料噴射
弁３から噴射された燃料と共に燃焼される。

【００２５】内燃機関１の排気系は、排気枝管１８、排
気管１９、排気絞り弁２１、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以
下、ＮＯｘ触媒と称す）５２、酸化触媒５４等から構成
され、当該機関１の運転に伴い各気筒２の燃焼室から排
出される既燃ガス（排気）を外部に導く通路としての機
能を有する他、各種触媒５２，５４の作用により排気中
に含まれる有害成分を浄化する機能を有する。

【００２６】排気枝管８は、複数の分岐通路が下流に向
かって一本の通路に収束・集合する形状を呈する。吸気
枝管８の上流側（分岐通路側）は各気筒２の燃焼室に連
通する排気ポート１８ａに接続され、その下流側（収束
・集合する通路側）は排気管１９に接続されている。ま
た、排気枝管１８は、ターボチャージャ１５のタービン
ハウジング１５ｂに接続されている。そして、タービン
ハウジング１５ｂの出口には、ＮＯｘ触媒を内蔵するケ
ーシング、及び酸化触媒を内蔵するケーシング等によっ
て構成される排気浄化装置が設けられている。

【００２７】そして、排気浄化装置より下流の排気管１
９には、排気管１９内を流れる排気の流量を調節する排
気絞り弁２１が設けられている。排気絞り弁２１には、
ステッパモータ等で構成され該排気絞り弁２１を開閉駆
動する排気絞り用アクチュエータ２２が取り付けられ、
この排気絞り弁２１のさらに下流には消音器（図示略）
が設けられている。

【００２８】このように構成された排気系では、内燃機
関１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気
ポート１８を経て排気枝管１８へ排出され、次いでター
ボチャージャ１５のタービンハウジング１５ｂへ流入す
る。そして、タービンハウジング１５ｂに流入した排気
は、排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジン
グ１５ｂ内に設けられたタービンホイール（図示略）を
回転させる。その際、タービンホイールの回転トルク
は、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレ
ッサホイールへ伝達されるので、吸気はコンプレッサホ
イールにて加圧され各気筒２に供給されることとなる。

【００２９】一方、タービンハウジング１５ｂより排出
された排気は、排気管１９を介して排気浄化装置へ流入
し、該排気中の有害ガス成分は排気浄化装置によって除
去又は浄化される。排気浄化触媒２０にて有害ガス成分
を除去又は浄化された排気は、必要に応じて排気絞り弁
２１によって流量を調節された後に消音器を介して大気
中に放出される。

【００３０】また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排
気枝管１８内を流れる排気の一部を吸気枝管８へ再循環
させる排気再循環通路（ＥＧＲ通路）２５を介して連通
されている。また、ＥＧＲ通路２５の途中には、電磁弁
等で構成され印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路
２５内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の流
量を変更する流量制御弁（ＥＧＲ弁）２６を設けられて
いる。さらに、ＥＧＲ通路２５においてＥＧＲ弁２６よ
り上流の部位には、該ＥＧＲ通路２５内を流れるＥＧＲ
ガスを冷却するためにＥＧＲクーラ２７が設けられてい
る。これらＥＧＲ通路２５、ＥＧＲ弁２６およびＥＧＲ
クーラ２７は、各気筒２の燃焼室から排出された排気の
一部を排気系から吸気系に還流させる周知の排気再循環
機構を構成する。

【００３１】排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２６が開弁
されると、ＥＧＲ通路２５が導通状態となり、排気枝管
１８内を流れる排気の一部は前記ＥＧＲ通路２５へ流入
してＥＧＲクーラ２７を通り吸気枝管８へ導かれる。そ
の際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通路２５内を流れ
るＥＧＲガスと所定の冷媒との間で熱交換が行われ、Ｅ
ＧＲガスが冷却されることになる。そして、ＥＧＲ通路
２５を介して排気枝管１８から吸気枝管８へ還流された
ＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と
混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれ、燃料噴射弁
３から噴射される燃料と共に燃焼されることとなる。

【００３２】ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ₂Ｏ）や
二酸化炭素（ＣＯ₂）等のように、自らが燃焼すること
がなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれ
ている。このため、ＥＧＲガスが混合気中に含有される
と、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）の発生量が抑制される。さらに、ＥＧＲクーラ２
７においてＥＧＲガスが冷却されると、ＥＧＲガス自体
の温度が低下すると共にＥＧＲガスの体積が縮小される
ため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたとしても燃焼
室内の雰囲気温度を不要に上昇させることなく、しか
も、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）を不
要に減少させることもない。

【００３３】なお、上記した燃料噴射弁３、ＥＧＲ弁２
６、吸気絞り弁１３、排気絞り弁２２、さらに燃料ポン
プ６等は、電子制御ユニット３０に予め準備された制御
プログラムのもと、各種センサからの出力信号に応じて
適切に制御されている。

【００３４】各種装置を制御す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
（中央制御装置）３４、複数の入力ポート３５及び出力
ポート３６を備えている。

【００３５】そして、上記した各種センサの出力信号の
他、アクセスペダル４０の踏込み量Ｌに応じた出力電圧
を発生する負荷センサ４１、及びクランクシャフト１ａ
の回転に応じたパルス信号を出力するクランク角センサ
４２等の出力信号が対応したＡ／Ｄ変換器３７を介して
入力ポート３５に入力されるようになっている。そし
て、電子制御ユニット３０は、これら入力ポート３５に
入力される各種センサからの電気信号に基づいて、現在
の機関運転状態を把握する。

【００３６】一方、上記した燃料噴射弁３、吸気絞り弁
駆動用ステップモータ１４、ＥＧＲ弁２６、燃料ポンプ
６等各種装置はそれぞれ対応する駆動回路３８を介して
電子制御ユニット３０の出力ポート３６に接続されてい
る。そして、各装置は電子制御ユニット３０内のＲＯＭ
（リードオンリメモリ）に記録された各種制御マップ上
の数値に基づき適切に制御（駆動）されている。

【００３７】このように構成された電子制御ユニット３
０は、現在の機関運転に要求される必要十分な機関トル
ク（いわゆる要求トルク）の目標値を機関回転数Ｎおよ
びアクセルペダル４０の踏込み量に基づいて決定し、こ
の要求トルクの目標値を得るべく燃焼に供すべく燃料噴
射弁を介して各気筒２の燃焼室内に噴射供給する燃料の
供給量を求めるといった基本制御や、後に詳述する空燃
比制御（還元剤添加制御）等、内燃機関１の運転状態を
最適化するための各種制御を適宜実行する。

【００３８】＜排気浄化装置の構成＞次に、本実施の形
態に係る内燃機関１の排気浄化装置について説明を行
う。排気浄化装置は、タービンハウジング１５ｂの出口
に接続された排気管１９、排気管１９内の途中に並列に
設けられ該排気管１９内を流れる排気を複数の流れに分
流する複数（本実施の形態では２本）の分流通路５１，
５１’、この分流通路５１，５１’の各々に設けられ内
部にＮＯｘ触媒５２，５２’を内蔵するケーシング５２
ａ，５２ａ’、各ＮＯｘ触媒の直上に還元剤たる燃料の
添加を行う還元剤添加装置６０，６０’、各ＮＯｘ触媒
５２，５２’より流れ出る排気を合流させる合流通路５
３、合流通路５３に設けられ内部に酸化触媒５４を内蔵
するケーシング５４ａ、各ＮＯｘ触媒５２に流入する排
気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤添加装
置６０、還元剤添加装置６０の動作を制御する電子制御
ユニット３０等によって構成される。以下、これら構成
要素の機能や動作態様について詳細に説明する。

【００３９】各分流通路５１，５１’に設けられたＮＯ
ｘ触媒５２，５２’は、そのタービンハウジング１５ｂ
より流入する排気中のＮＯｘを主として浄化せしめる機
能を有し、例えば、アルミナＡｌ₂Ｏ₃を担体として、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のような貴金属とを担持させて
なる。

【００４０】そして、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気の
空燃比が所定の空燃比より高いときに排気中のＮＯｘを
吸蔵し、逆に、流入する排気の空燃比が所定の空燃比よ
り低いときに吸蔵したＮＯｘを放出して窒素ガスＮ₂に
還元浄化せしめる機能を有する。なお、ＮＯｘ触媒５２
におけるＮＯｘの浄化メカニズムについては後に詳述す
る。

【００４１】還元剤添加装置６０は、各ＮＯｘ触媒５
２，５２’に流入する排気中に還元剤たる燃料（軽油）
を添加を行う。同装置６０は、各々の噴孔が対応するＮ
Ｏｘ触媒５２，５２’に向かうように配設され所定圧以
上の燃料（燃料の圧力）が付与されると開弁して還元剤
の噴射を行う機械式の開閉弁である還元剤添加ノズル６
１，６１’、上記した燃料ポンプ６により吐出された燃
料を分配して各々還元剤添加ノズル６１，６１’へ導く
よう同ポンプ６（上流）から各ノズル６１，６１’（下
流）にかけて二股に分岐した還元剤供給路６２、還元剤
供給路６２の分岐点上流に設けられ還元剤供給路６２内
の燃圧を所定値に維持する燃圧制御バルブ６４、還元剤
供給路６２内の燃圧を検出する燃圧センサ６３，６
３’、二股に分岐した還元剤供給路６２（分岐点下流）
各々に設けられ還元添加ノズル６１，６１’へ供給され
る燃圧を制御する調量弁６５，６５’、異常燃圧作用時
等に還元剤供給路を遮断する緊急遮断弁６６等によって
構成されている。

【００４２】このように構成された還元剤添加装置６０
は、予め電子制御ユニット３０内に準備された還元剤添
加制御プログラムに基づいて制御される。すなわち、還
元剤添加制御プログラムに従い各調量弁６５，６５’の
開閉弁動作が制御され、これら調量弁６５，６５’の開
閉弁動作に応じ、対応する還元剤添加ノズル６１若しく
は６１’に付与される燃料の圧力が制御される。

【００４３】すなわち、各還元剤添加ノズル６１，６
１’への圧力制御に基づき各還元剤添加ノズル６１，６
１’が開弁され、さらにこれら還元剤添加ノズル６１，
６１’の開弁動作に基づいて還元剤添加ノズル６１，６
１’が機械的に開弁することによって、所定時間、所定
量の還元剤が各分流通路５１，５１’へ添加（噴射供
給）されることになる。

【００４４】各分流通路５１，５１’に添加された還元
剤は、各々の分流通路に設けられたＮＯｘ触媒５２、若
しくはＮＯｘ触媒５２’の直上に添加される。このため
還元剤の添加がなされた分流通路５１（５１’）では、
該分流通路５１（５１’）に設けられたＮＯｘ触媒５２
（５２’）へ流入する排気の空燃比が一定時間低下し
（リッチ寄りとなり）、ＮＯｘ触媒５２（５２’）に吸
蔵されているＮＯｘが放出されつつ還元浄化される。な
お、還元剤の添加とＮＯｘの浄化作用との間における相
関関係、並びに各分流通路に対する還元剤の添加タイミ
ングについては、後に詳述する。

【００４５】燃圧センサ６３（６３’）は、還元剤供給
路６２等において燃料漏れ等の異常が生じた際に、その
燃圧の低下を検知して電子制御ユニット３０に通知する
ためのものであり、燃圧センサ６３（６３’）からの電
気信号により異常を感知した電子制御ユニット３０で
は、緊急遮断弁６６を遮断して還元剤供給通路６２への
燃料供給を停止させる。

【００４６】ＮＯｘ触媒５２（５２’）の下流に位置し
た合流通路５３に配設される酸化触媒５４は、ＮＯｘ触
媒５２（５２’）に対する還元剤の添加時に、該ＮＯｘ
触媒より不要に排出された還元剤（未燃燃料）を主とし
て浄化する機能を有し、例えば、パラジウムＰｂ及び白
金Ｐｔ、又はパラジウムＰｂのみからなる貴金属を、例
えばアルミナＡｌ₂Ｏ₃あるいはコージライトかなるを担
体上に担持させてなる。そして、不要な還元剤を無害な
炭酸ガスＣＯ₂、水蒸気Ｈ₂Ｏに酸化せしめて浄化する
（ＨＣ＋ＣＯ＋Ｏ₂→ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ）。

【００４７】＜ＮＯｘの浄化メカニズム＞続いて、排気
浄化装置に設けられる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触
媒）５２（５２’）について、そのＮＯｘを浄化せしめ
るメカニズムについて説明する。ＮＯｘ触媒５２（５
２’）は、上記した流入排気の空燃比がリーンのときに
その排気中のＮＯｘを吸蔵し、逆に流入排気の空燃比が
リッチのときに吸蔵しているＮＯｘを放出して窒素Ｎ₂
に還元浄化せしめるＮＯｘの浄化機能を有している。な
お、ここで空燃比がリーン及びリッチとは、上記したよ
うに排気中の酸素量と還元剤との関係で定義される値で
ある。

【００４８】ＮＯｘの還元浄化作用は、図２に示す浄化
メカニズムで行われていると考えられている。なお、図
２に示す浄化メカニズムは、ＮＯｘ触媒５２（５２’）
の担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合
の例を示しているが、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。

【００４９】まず、ＮＯｘ触媒５２（５２’）に流入す
る排気中の酸素濃度が極めて高いリーン空燃比において
は、図２（Ａ）に示すようにその流入排気中の酸素Ｏ₂
がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形で担体に担持された白金Ｐｔの表面
に付着する。また、流入排気中に含まれる窒素酸化物Ｎ
Ｏは、担体上に担持された白金Ｐｔ上でＯ₂ ^-又はＯ^2-と
反応して二酸化窒素ＮＯ₂になる（２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ
₂）。

【００５０】次いで、白金Ｐｔの表面上で生成されたＮ
Ｏ₂は、さらに白金Ｐｔ上で酸化せしめられ、同担体上
に担持されたバリウムＢａと結合する。より厳密には流
入排気中の酸素Ｏ₂によって酸化された酸化バリウムＢ
ａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形でＮＯｘ触媒
５２（５２’）内に拡散する。

【００５１】また、ＮＯｘ触媒５２（５２’）に流入す
る排気中の酸素濃度が低下するリッチ空燃比において
は、白金Ｐｔに接触する酸素Ｏ₂の数が減少するため、
白金Ｐｔの表面上にて生成される二酸化窒素ＮＯ₂の量
も減少する。また、ＮＯｘ触媒５２（５２’）内では、
逆方向の反応が進みＮＯｘ触媒５２（５２’）内に拡散
していた硝酸イオンＮＯ₃ ^- は二酸化窒素ＮＯ₂の形に変
化する（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）。そして、ついには二酸化窒
素ＮＯ₂若しくは一酸化窒素ＮＯの形でＮＯｘ触媒５２
（５２’）から排気中に放出される。

【００５２】一方、リッチ空燃比において排気中に多く
含まれる炭化水素ＨＣ（燃料成分）、並びに一酸化炭素
ＣＯは酸素Ｏ₂との結合力が極めて高く、白金Ｐｔ上の
酸素Ｏ₂ ^-又はＯ^2-と即座に結合して酸化せしめられ、水
蒸気Ｈ₂Ｏ並びに炭酸ガスＣＯ₂となって排気中に拡散す
る。

【００５３】また、この時、炭化水素ＨＣ及び一酸化炭
素ＣＯの酸化にて白金Ｐｔ上の酸素Ｏ₂ ^-又はＯ^2-が使い
果たされたとしても、流入排気中に未燃の炭化水素ＨＣ
及び一酸化炭素ＣＯが残っていれば、ＮＯｘ触媒５２
（５２’）より放出された二酸化窒素ＮＯ₂又は一酸化
窒素ＮＯは、その余分な未燃炭化水素ＨＣ、及び未燃一
酸化炭素ＣＯと反応して還元せしめられ、無害な窒素Ｎ
₂となり排気中に拡散する（図２（Ｂ）参照）。

【００５４】このようにＮＯｘ触媒５２（５２’）で
は、流入排気の空燃比がリーン寄りの空燃比になると該
流入排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入排気の空燃比がリッ
チ寄りの空燃比になると該触媒５２（５２’）内に吸蔵
されていたＮＯｘを短時間のうちに放出して、窒素Ｎ２
に還元する。よって大気中へのＮＯｘの排出を阻止でき
る。

【００５５】ところで、本実施の形態に取りあげる車両
用のディーゼル機関等においては、理論空燃比（Ａ／Ｆ
＝１３〜１４）よりも高いリーン空燃比にて機関の運転
がなされている。このため通常の機関運転状態ではＮＯ
ｘ触媒５２（５２’）に流入する排気の空燃比は極めて
高いリーン寄りの空燃比であり、機関本体１より排出さ
れる排気中のＮＯｘはＮＯｘ触媒５２（５２’）に吸蔵
されて、ＮＯｘ触媒５２（５２’）より放出されること
はほとんどない。

【００５６】一方、ガソリンエンジン等では、燃焼室に
供給する混合気を理論空燃比以下のリッチ空燃比にする
ことによって、意図的に流入排気中の酸素濃度を低下さ
せ、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出させるこ
とができる。しかしながら、内燃機関１のようなディー
ゼル機関では、燃焼室に供給する混合気を理論空燃比以
下のリッチ空燃比にすると、その混合気の燃焼の際に煤
等の微粒子を生成してしまう。

【００５７】したがって、ディーゼル機関では、ＮＯｘ
触媒５２（５２’）のＮＯｘ吸蔵能力を飽和させないよ
うに、混合気ではなくＮＯｘ触媒５２（５２’）に流入
する流入排気の空燃比をリッチ空燃比として、適時、Ｎ
Ｏｘ触媒５２（５２’）に吸蔵されているＮＯｘを放出
させる必要がある。そこで、本実施の形態では上記した
ようにＮＯｘ触媒５２（５２’）の直上に還元剤添加装
置６０を設けて対処している。すなわち、流入排気中に
還元剤たる燃料を添加することによってＮＯｘ触媒５２
（５２’）に流入する排気の空燃比を低下せしめ、ＮＯ
ｘ触媒５２（５２’）に吸蔵されているＮＯｘを放出、
還元浄化させるようにしている。

【００５８】ところで、内燃機関の燃料には硫黄成分が
含まれている。この硫黄成分は燃焼室内にて燃焼される
と酸化されてＳＯ₂やＳＯ₃等の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を
生成する。そして、ＮＯｘの吸収メカニズムと同様にし
てＮＯｘ触媒５２（５２’）に吸収され、時間の経過と
共に安定な硫酸塩を変化する。このＮＯｘ触媒５２（５
２’）に吸収された硫酸塩は、触媒温度が３００℃以上
に達しないと分解、放出されにくく、常態においてはＮ
Ｏｘ触媒５２（５２’）内に順次蓄積される傾向があ
る。したがって、ＳＯｘの蓄積量が増大するとＮＯｘの
吸収能力を低下させてしまう。いわゆるＮＯｘ触媒５２
（５２’）がＳＯｘ被毒を起こす。このためＮＯｘ触媒
５２（５２’）のＮＯｘ吸収能力を高く維持するために
は、適宜のタイミングにてＳＯｘ被毒を回復する必要が
ある。

【００５９】そこで本実施の形態では、ＳＯｘ被毒を回
復すべく上記した還元剤添加装置６０により大量の還元
剤（燃料）をＮＯｘ触媒５２（５２’）に流入させて対
処している。すなわち、還元剤がＮＯｘ触媒５２（５
２’）にて酸化される際の反応熱を利用してＮＯｘ触媒
５２（５２’）を３００℃以上に昇温させＳＯｘを分
解、放出させる。

【００６０】このように本実施の形態に係る内燃機関１
の排気浄化装置では、ＮＯｘ及びＳＯｘを浄化する際
に、上述のごとくＮＯｘ触媒５２（５２’）へ流入する
排気中に還元剤を添加してＮＯｘ及びＳＯｘを浄化して
いる。しかしながら、ＮＯｘ触媒５２（５２’）に添加
された還元剤は、ときとして拡散が十分に行われないこ
ともあり、その一部がＮＯｘ触媒５２（５２’）におい
て反応せずに該ＮＯｘ触媒５２（５２’）より不要に流
れ出てしまうこともある。この現象は、特に、大量の還
元剤を添加するＳＯｘ被毒の回復制御時に顕著に見ら
れ、排気のＨＣエミッションを悪化させる要因にもなり
兼ねない。

【００６１】このため本実施の形態に係る内燃機関の排
気浄化装置では、上述のごとくＮＯｘ触媒５２より流れ
出た排気を合流させる合流通路５３に酸化触媒５４を設
けて、ＮＯｘ触媒５２（５２’）より流れ出た過剰な還
元剤を該酸化触媒５４によって酸化して浄化している
が、上記した酸化触媒５４は、酸素過剰雰囲気下におい
て、活性を示し未燃物質を浄化せしめる機能を有する。
したがって、酸化触媒５４にて効率良く且つ確実に過剰
な還元剤（未燃物質）を酸化浄化するためには、酸化触
媒５４に流入する排気の空燃比を高める（リーン寄り）
にする必要がある。

【００６２】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、過剰な還元剤（燃料）が酸化触媒５４
において効率良く且つ確実に浄化されるように、酸化触
媒５４に流入する排気の空燃比をリーンにする空燃比制
御を実施する。以下、本実施の形態にかかる内燃機関１
が、ＳＯｘ被毒の回復時に実施する空燃比制御について
詳しく説明する。

【００６３】＜空燃比制御＞本実施の形態では、一方の
分流通路５１（５１’）においてＮＯｘ触媒５２（５
２’）のＳＯｘ被毒を回復すべく還元剤の添加がなされ
ている場合、他方の分流通路５１（５１’）には還元剤
の添加を実施しない。すなわち、各分流通路に設けられ
たＮＯｘ触媒に対し、選択的に還元剤を添加（供給）す
ることにより、各分流通路のＮＯｘ触媒について、交互
にＳＯｘ被毒を回復させている。

【００６４】このため、仮にＳＯｘ被毒の回復が実施さ
れている分流通路５１（５１’）から不要に流れ出た還
元剤（燃料）が合流通路５３内へ流入したとしても、他
方の分流通路５１（５１’）においては還元剤の添加が
なされていないため、合流通路５３に満たされる排気の
空燃比は全体として、酸化触媒５４を機能させる上で十
分に高く保持される。

【００６５】なお、ＳＯｘ被毒の回復が実施されている
分流通路５１（５１’）より流れ出る不要な還元剤は極
微量であるため、還元剤の添加が実施されていない分流
通路５１（５１’）から流入する排気による希釈によ
り、酸化触媒５４が機能するために十分高い空燃比が得
ることができる。このため、ＳＯｘ被毒を回復すべく還
元剤の添加がなされている分流通路５１（５１’）よ
り、合流通路５３内に不要な還元剤が流入したとして
も、該合流通路５３に設けられる酸化触媒５４が十分に
活性化された状態にあるため、そのような不要な還元剤
がそのまま大気へ放出されてしまうことなく、酸化触媒
において確実に酸化、浄化されるようになる。

【００６６】このように本実施の形態に係る空燃比制御
では、ＮＯｘ触媒５２（５２’）においてＳＯｘ被毒を
回復させつつ、該ＮＯｘ触媒５２（５２’）の下流に設
けられた酸化触媒５４にて、確実に不要な還元剤を酸化
浄化せしめるようにしている。なお、図３は上記空燃比
制御（還元剤添加制御）に係る制御ルーチンを示すフロ
ーチャートである。以下、図３を参照して上記空燃比制
御についてさらに詳しく説明を行う。

【００６７】本ルーチンに処理が移行すると、まず、ス
テップ１０１として、還元剤たる燃料の添加条件が成立
しているか否かを電子制御ユニット３０のＣＰＵ３４が
判別する。ここで、還元剤の添加条件としては、例え
ば、ＮＯｘ触媒５２（５２’）が活性化温度に達してい
るか、車両の走行距離数が予め設定した走行距離数に達
したか、あるいは機関１の運転時間が予め設定した所定
時間に達したか、等の条件を例示できる。

【００６８】そして、ＣＰＵ３４は、還元剤の添加条件
が成立した際に、ステップ１０２に進み、一方の分流通
路５１内にＳＯｘ被毒を回復すべく所定のタイミングに
て還元剤（燃料）の添加を行い、ＮＯｘ触媒５２（５
２’）に吸収されているＳＯｘを分解及び放出させる。
ここで分流通路５１（５１’）内に添加される還元剤の
添加時期及び添加量は、ＣＰＵ３４内に設けられた還元
剤添加量演算プログラムによって設定される。より詳し
くは、ＣＰＵ３４は、機関運転時にＲＡＭ３３に書き込
まれる機関回転数、負荷センサ４１の出力信号（アクセ
ル開度）、及び燃焼消費量等の各種データを一旦読み出
し、これら各種データに基づいて、機関回転数、機関負
荷、及び燃料噴射量等をパラメータとしてＲＯＭ３２に
書き込まれた還元剤添加装置６０の制御マップへアクセ
スし、還元剤の添加時期、及び添加量（還元剤添加ノズ
ルへの通電時間）を算出している。

【００６９】そして、ＣＰＵ３４は、その算出された値
に基づいて調量弁６５（６５’）の開閉動作を制御する
ことにより、還元剤添加ノズル６１（６１’）に対して
所定のタイミング、且つ所定時間、駆動電流を印加して
還元剤を添加させる。その後ＣＰＵ３４は、還元剤の添
加がなされている一方のＮＯｘ触媒５２（５２’）にお
いて、ＳＯｘ被毒を回復すべく還元剤の添加が終了した
か否か判断する（ステップ１０３）。なお、ステップ１
０３において、還元剤の添加が未だ終了してないときに
は、引き続き還元剤の添加を継続して所定量の還元剤が
分流通路５１（５１’）内に添加されるようにする。

【００７０】そして、ステップ１０３において還元剤の
添加が終了したことを受けて、ＣＰＵ３４は、還元剤の
添加終了時点から所定時間が経過したか否かを判別する
（ステップ１０４）。ここで、還元剤の添加後、所定時
間待機する理由としては、ＮＯｘ触媒５２（５２’）よ
り不要に流れ出た還元剤が合流通路５３に設けられる酸
化触媒５４に流入して酸化浄化されるのに要する時間で
ある。そして、所定時間経過の後に、他方のＮＯｘ触媒
５２（５２’）においてＳＯｘ被毒を回復すべく還元剤
の添加を行う（ステップ１０５）。なお、他方のＮＯｘ
触媒５２（５２’）に対する還元剤の添加方法は、上記
した一方のＮＯｘ触媒に対する還元剤の添加と同様にし
て行う。

【００７１】そして、ＣＰＵ３４は、他方のＮＯｘ触媒
５２（５２’）においてＳＯｘ被毒を回復すべく還元剤
の添加が処理が終了したか否か判断する（ステップ１０
６）。なお、ステップ１０６において、還元剤の添加が
未だ終了してない場合には、引き続き還元剤の添加を継
続して行い所定量の還元剤を分流通路５１（５１’）内
に添加するようにする。そして、還元剤の添加終了後、
所定時間経過したことを確認した後（ステップ１０
７）、本ルーチンを一旦終了する。

【００７２】なお、上記した一連の制御行程は機関運転
中に繰り返してなされる制御であり、例えば、上記ルー
チンを一通り実行した後、車両の走行距離数が予め設定
した走行距離数に達したときや、機関１の運転時間が予
め設定した所定時間に達したときなどに、本制御を再度
実施するようにしている。

【００７３】このように本実施の形態に係る排気浄化装
置では、各ＮＯｘ触媒５２（５２’）に対して異なるタ
イミングにて還元剤の添加を行っている。換言すると、
各ＮＯｘ触媒５２（５２’）に流入する排気の空燃比を
各ＮＯｘ触媒５２（５２’）毎に異ならしめ複数設けら
れたＮＯｘ触媒５２（５２’）を個別に回復させてい
る。その結果、酸化触媒５４に流入する排気の空燃比は
リーン空燃比となり、ＮＯｘ触媒５２（５２’）におい
てＳＯｘ被毒の回復がなされたとしても、確実に不要な
還元剤及び未燃物質を酸化浄化し、排気管より燃料成分
が放出されることを防止できる。

【００７４】〔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を車両駆動用ディーゼル機関に
適用した第２の実施の形態について、先の第１の実施の
形態と異なる点を中心に説明する。なお、該第２の実施
の形態において適用対象となる内燃機関１の構成や、電
子制御ユニット３０のハードウエア構成について、その
基本構成は、先の第１の実施の形態において図１を参照
して説明したものとほぼ同等である。このため、ここで
の重複する記載は割愛する。図４には、本実施の形態に
かかる内燃機関およびその排気浄化装置の構成を概略的
に示す。

【００７５】同図４に示すように、本実施の形態の排気
浄化装置では、各ＮＯｘ触媒５２に流入する排気が分流
される分岐点Ｘの直上流に単一の還元剤添加ノズル６１
が設けられ、また同分岐点Ｘにおいて還元剤添加ノズル
６１の直下流に還元剤の流下方向を選択決定する偏向板
７０が設けられている。還元剤添加ノズル６１からの還
元剤噴射時に、該偏向板７０の角度を変更してＮＯｘ触
媒５２毎に空燃比を異ならせる点において、先の第１の
実施の形態とはその構成および制御態様が異なる。

【００７６】本実施の形態で採用する偏向板７０は、ア
クチュエータ７１によって駆動され、同偏向板７０上流
から流下してくる排気の流下方向を偏向する機能を有す
る。このようにして排気の流下方向の偏向することによ
り、還元剤を含んだ排気を一方の分流通路に流入する排
気に局在させることができるようになる。これにより、
空燃比を低下させるＮＯｘ触媒を選択することができ
る。

【００７７】このように構成された還元剤添加装置６０
では、電子制御ユニット３０に予め準備された還元剤添
加制御プログラムに基づいて調量弁６５が開弁されると
同時に、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元
剤供給路６２を経て還元剤添加ノズル６１に流れ込み、
還元剤添加ノズル６１に作用する燃圧が開弁圧以上に達
すると、還元剤添加ノズル６１が開弁して還元剤として
の燃料が排気通路の分岐点Ｘに噴射される。

【００７８】一方、偏向板７０を可動させるアクチュエ
ータ７１は、負圧ポンプ（図示略）に負圧制御弁を介し
て接続されており、負圧制御弁が開弁されてアクチュエ
ータ７１に負圧が作用したとき還元剤添加ノズル６１よ
り噴射された還元剤が一方の分流通路５１に流入する第
１の角度にて偏向板７０が固定され、負圧制御弁が閉弁
してアクチュエータ７１に負圧が作用しないとき他方の
分流通路５１に還元剤が流入する第２の角度にて偏向板
７０が固定される。なお、負圧制御弁は、電子制御ユニ
ット３０の出力ポートに接続されており、負圧制御弁の
開閉動作は、電子制御ユニット３０の指示に従い制御さ
れる。

【００７９】なお、図５及び図６は分岐点Ｘにおける還
元剤の流れを模式的に示したモデル図である。図５に示
されるように偏向板７０が排気管の上流に対して左上が
りに固定された際には、還元剤添加ノズル６１にて噴射
された還元剤が偏向板７０によって手前側の分流通路５
１に誘導される。一方、図６に示すように偏向板７０が
排気管の上流に対して左下がりに固定された場合には、
噴射された還元剤が奥手側の分流通路５１’に流入す
る。

【００８０】このように偏向板７０の固定角度を任意に
変更することによって、各分流通路５１、５１’毎に空
燃比を異ならせることができる。なお、偏向板７０の固
定角度は、上記した例にとどまることはなく、例えば、
図７に示すように第１の位置と第２の位置との中立位置
において、やや上流側に対して左上がりに固定したとき
等には、還元剤添加ノズル６１より添加された還元剤の
大部分が手前側の分流通路５１に流入して、残りの還元
剤は奥手側の分流通路５１’に流入することとなる。こ
のように偏向板７０の固定角度を任意に変更することに
よって、各分流通路へ流入する還元剤の割合を異ならせ
ることも可能である。

【００８１】上記した空燃比制御手段の説明では、ＳＯ
ｘ被毒の回復時における還元剤の添加動作を例に挙げ説
明を行ったが、ＮＯｘ触媒５２に吸蔵されているＮＯｘ
を放出及び還元浄化する際の還元剤の添加においても、
勿論、適用できる。

【００８２】また、上記した空燃比制御手段における一
連の制御行程では、一方のＮＯｘ触媒５２に対して還元
剤の添加を実施しているとき、他方のＮＯｘ触媒５２に
おいては還元剤の添加を完全に停止しているが、場合に
よっては、両方のＮＯｘ触媒５２において、還元剤の添
加を実施するような状況もある。この場合、本出願に係
る空燃比制御手段では、合流通路５３に流入する排気の
空燃比がリーン空燃比となるように各ＮＯｘ触媒５２に
添加される還元剤の添加量を調節している。

【００８３】両方のＮＯｘ触媒において同時に還元剤の
添加がなされる状況としては、例えば、一方のＮＯｘ触
媒５２においてＮＯｘを放出及び還元せしめる還元剤の
添加を行い、他方のＮＯｘ触媒においてＳＯｘ被毒を回
復させるべく還元剤の添加がなされているような状況を
例示できる。通常、ＮＯｘを放出及び還元浄化せしめる
際に添加する還元剤の添加量は比較的少なく、その還元
剤の添加時にＮＯｘ触媒より不要に流れ出る還元剤は極
めて微量若しくは無いに等しい。このため、両方のＮＯ
ｘ触媒に対して還元剤の添加が実施されているときにお
いても、何れか一方のＮＯｘ触媒５２において添加され
る還元剤の添加量が少ない場合には、酸化触媒５４が十
分活性化しえるリーン空燃比になる。したがって、他方
のＮＯｘ触媒において大量の還元剤添加がなされたとし
ても、該ＮＯｘ触媒より流れ出る不要な還元剤を酸化触
媒において確実に浄化することが可能となる。

【００８４】また、機関始動後、第１回目の還元剤の添
加は、各ＮＯｘ触媒５２のＮＯｘ吸蔵能力が飽和状態と
なるかなり前段階において実施するのが望ましい。この
理由としては、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和状態に達する時間
を各ＮＯｘ触媒５２毎に任意に異ならせるためであり、
一方のＮＯｘ触媒５２においてＮＯｘ或いはＳＯｘを放
出及び浄化せしめる際に、他方のＮＯｘ触媒においてＮ
Ｏｘ吸蔵能力が飽和しないようにするための配慮であ
る。

【００８５】また、上記した例では分流通路５１を２つ
配設した排気浄化装置を例に取り上げ説明を行ったが、
分流通路の数、即ち、ＮＯｘ触媒の数は３つ、４つと必
要に応じて増やしても構わない。また、上記した例で
は、電子制御ユニット３０に予め準備された還元剤添加
制御プログラムに基づき各分流通路５１に供給する還元
剤の添加量を決定しているが、合流通路５３に合流通路
５３内を流れる排気の空燃比を検出する空燃比センサ
（Ａ／Ｆセンサ）７３を設けて、該空燃比センサ７３の
出力信号が目標値となるように還元剤の添加量を調節す
るようにしてもよい。なお、ここで目標値とは、酸化触
媒５４が活性を示す空燃比に対応した値である。

【００８６】また、上記各実施の形態では、分流通路５
１（５１’）への還元剤の添加にあたり、還元剤供給路
６２を介して供給される燃料の圧力を調量弁６５（６
５’）によって制御し、その圧力制御によって還元剤添
加ノズル６１（６１’）の開閉弁動作を制御する構成を
適用することとした。これに替え、電子制御ユニット３
０による通電制御を通じて直接開閉弁動作を制御される
電磁弁等を還元剤添加ノズルとして適用してもよい。ち
なみにこの場合、調量弁６５（６５’）を備えなくとも
上記各実施の形態と同等若しくはこれに準ずる効果を奏
することができる。

【００８７】また、上記各実施の形態では、本発明の内
燃機関の排気浄化装置を車両用ディーゼル機関、即ち圧
縮着火式内燃機関に適用することとしたが、これに限ら
ず、リーンバーンガソリン機関等の火花点火式内燃機関
に適用することもできる。また、上記各実施の形態で
は、内燃機関１の排気通路に添加する還元剤として軽油
を適用することとしたが、これに限らず、水素や炭化水
素、一酸化炭素等の還元成分を発生するもの、例えば水
素、一酸化炭素等の還元性気体、プロパン、プロピレ
ン、ブタン等の液体又は気体の炭化水素、ガソリン、灯
油等の液体燃料等を含む他の気体、流状体、粉状体等を
還元剤として適用することもできる。

【００８８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、内燃機
関の排気中に含まれるＮＯｘを排気通路上流のＮＯｘ触
媒にて確実に浄化せしめ且つ、排気通路下流の酸化を常
時確保することにより未燃物質の酸化浄化も確実に行
う。すなわち、内燃機関の排気中に含まれるＮＯｘの還
元浄化と未燃物質の酸化浄化との浄化効率を高い水準で
両立させることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の排
気浄化装置を示す概略構成図。

【図２】吸蔵還元型ＮＯｘ触媒によるＮＯｘの浄化メカ
ニズムを示す図。

【図３】同実施の形態に係る空燃比制御の処理手順を示
すフローチャート。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る排気浄化装置
を示す概略構成図。

【図５】同実施の形態に係る偏向板近傍の還元剤の流れ
を示すモデル図。

【図６】同実施の形態に係る偏向板近傍の還元剤の流れ
を示すモデル図。

【図７】同実施の形態に係る偏向板近傍の還元剤の流れ
を示すモデル図。

【符号の説明】

１ディーゼル機関（内燃機関）２気筒３燃料供給弁６燃料ポンプ８吸気枝管１５ターボチャージャ１９排気管３０電子制御ユニット５０排気浄化装置５１分流通路５２吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２ａケーシング５３合流通路５４酸化触媒５４ａケーシング６０還元剤添加装置６１還元剤添加ノズル６２還元剤供給路６５調量弁７０偏向板７１アクチュエータ７３空燃比センサ（Ａ／Ｆ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 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｆ 3/28 ３０１ 3/36 Ｂ 3/36 ＣＢ０１Ｄ 53/36 １０３Ｂ (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)発明者根上秋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 AA02 AA10 AA11 AA18 AA28 AB02 AB05 AB06 AB09 BA14 BA15 BA19 CA16 CA18 DB10 DC03 EA05 EA06 EA07 EA15 EA34 GB02W GB03W GB04W GB06W GB17X HA09 HA12 HA36 HA37 HB03 4D048 AA06 AA18 AB01 AB02 BA02X BA03X BA14X BA15X BA18X BA30X CC21 CC26 CD01 DA01 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路を流れる排気を分流す
る複数の分流通路と、前記複数の分流通路の各々に設けられ、各分流通路に流
入する排気の空燃比が高いときに該流入する排気中の窒
素酸化物を吸収し、同分流通路に流入する排気の空燃比
が低くなると前記吸収した窒素酸化物を放出および還元
浄化するＮＯｘ触媒と、前記複数の分流通路を流れる排気を合流させる合流通路
と、前記合流通路に設けられ同合流通路に流入する排気中の
未燃物質の酸化浄化を促す酸化触媒と、を有してなる内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を、各ＮＯｘ触
媒の設けられる分流通路毎に制御する空燃比制御手段を
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】前記空燃比制御手段は、何れかの分流通路
に設けられたＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比が低い
ときには、他の分流通路のうち少なくとも一つの通路に
設けられたＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を高くす
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】前記空燃比制御手段は、前記分流通路にお
けるＮＯｘ触媒上流に、各分流通路毎に独立したタイミ
ングで還元剤を添加する還元剤添加手段を有してなるこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気
浄化装置。
【請求項４】前記空燃比制御手段は、前記排気通路を流
れる排気が分流される分岐点上流に還元剤を添加する還
元剤添加手段と、前記添加された還元剤の流下方向を偏
向する偏向手段を有してなり、各分流通路に流入する還
元剤の流量を相互に偏向せしめることにより、前記ＮＯ
ｘ触媒に流入する排気の空燃比を、各ＮＯｘ触媒の設け
られる分流通路毎に制御することを特徴とする請求項１
又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。