JP2002213232A

JP2002213232A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2002213232A
Application number: JP2001010490A
Authority: JP
Inventors: Hisafumi Magata; 尚史曲田; Hisashi Oki; 久大木; Shinobu Ishiyama; 忍石山; Masaaki Kobayashi; 正明小林; Daisuke Shibata; 大介柴田; Akihiko Negami; 秋彦根上; Tomihisa Oda; 富久小田; Yasuo Harada; 泰生原田; Yasuhiko Otsubo; 康彦大坪; Taro Aoyama; 太郎青山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2002-07-31
Anticipated expiration: 2021-01-18
Also published as: JP4474775B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＳＯｘ被毒の回復に伴う還元剤の供給に起因
した不必要な還元剤の供給を防止できる内燃機関の排気
浄化装置を提供する。【解決手段】排気通路１９に設けられ、流入排気の空
燃比が高いとき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その吸収してい
た窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出するＮＯｘ触媒５２と、
ＳＯｘ被毒を放出（回復）させるべきとき、又は窒素酸
化物（ＮＯｘ）を放出させるべきときに前記ＮＯｘ触媒
５２より上流に還元剤を供給して硫黄酸化物（ＳＯｘ）
及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる還元剤供給装置
６０と、ＳＯｘ被毒の回復終了後、窒素酸化物を放出さ
せる還元剤の供給を所定期間禁止する還元剤供給禁止制
御と、を備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関し、より詳細には、希薄燃焼運転可能な内燃
機関に好的に用いられる排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関や希薄燃焼式ガソリン機
関のように酸素過剰状態の混合気を燃焼させて機関運転
がなされる内燃機関では、排気中の窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）を浄化する排気浄化装置として、その排気通路にＮ
Ｏｘ吸収材が設けられている。

【０００３】このＮＯｘ吸収材は、吸蔵還元型ＮＯｘ触
媒に代表されるように、流入排気の空燃比が高いときそ
の排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収し、流入排気の
空燃比が低いときその吸収していた窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）を放出する性質を備えている。従って、このＮＯｘ
吸収材を内燃機関の排気通路に配置すると、機関本体よ
り排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）はこのＮＯｘ吸収材
に吸収されることとなる。

【０００４】尚、ＮＯｘ吸収材の一種である吸蔵還元型
ＮＯｘ触媒においては、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸放出
作用を有するばかりでなく、窒素酸化物（ＮＯｘ）の放
出時にその窒素酸化物（ＮＯｘ）をさらに窒素（Ｎ₂）
に還元せしめ、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を完全に
無害化することができる。

【０００５】ところで、ＮＯｘ吸収材において吸収し得
る窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量すなわちＮＯｘ吸収能
には限りがある。このため流入排気の空燃比が長時間に
亘り高い状態に維持されると、そのＮＯｘ吸収能が飽和
してついには窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収できなくな
る。このためＮＯｘ吸収能が飽和状態に至る前に、その
窒素酸化物（ＮＯｘ）を適宜のタイミングにて放出させ
る必要がある。

【０００６】そこで従来においては、特許第２８４５０
５６号に開示されるように、ＮＯｘ吸収材上流の排気通
路に還元剤たる機関燃料を供給して、ＮＯｘ吸収材に流
入する排気の空燃比を一時的に低下せしめ、ＮＯｘ吸収
材から窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるようにしてい
る。

【０００７】ところで、内燃機関の燃料中には硫黄分な
ども含まれており、機関燃焼時には窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）のみならずＳＯ₂やＳＯ₃などの硫黄酸化物（ＳＯ
ｘ）も同時に生成される。また、この硫黄酸化物（ＳＯ
ｘ）は周知の如く窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様のメカニ
ズムにてＮＯｘ吸収材に吸収されるが、時間の経過と共
に化学的に安定した硫酸塩（ＢａＳＯ₄）となって、Ｎ
Ｏｘ吸収材に蓄積される。

【０００８】このため硫酸塩（ＢａＳＯ₄）の蓄積量す
なわち硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収量が過多になると、
窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収するといったＮＯｘ吸収材
本来の機能が阻害される。そして、ついにはＮＯｘ吸収
材において窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収できなくなるい
わゆるＳＯｘ被毒が生じる。このためＮＯｘ吸収材に吸
収される硫黄酸化物（ＳＯｘ）は、適宜のタイミングに
てＮＯｘ吸収材より放出させる必要がある。

【０００９】そこで従来においては、ＮＯｘ吸収材に吸
収された硫黄酸化物（ＳＯｘ）を放出させるに際して、
まず、ＮＯｘ吸収材の温度を一時的に高温域まで昇温せ
しめ硫黄酸化物（ＳＯｘ）たる硫酸塩（ＢａＳＯ₄）を
ＳＯ_3-やＳＯ_4-に熱分解する。次いでＮＯｘ吸収材に流
入する排気中に還元剤（燃料）を供給して流入排気の空
燃比を低下せしめ、そのＳＯ_3-やＳＯ_4-を排気中の燃料
（還元成分）などと反応させて気体状のＳＯ₂−にす
る。そして、ＮＯｘ吸収材に流入する排気と共にその気
体状のＳＯ₂−を放出させるようにしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳＯｘ
被毒を回復すべきときにＮＯｘ吸収材に供給される還元
剤の供給量は、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるとき
の供給量に対してかなり多い量が必要となる。このため
ＳＯｘ被毒を回復すべくＮＯｘ吸収材に供給された還元
剤の一部は、ＮＯｘ吸収材の表面や排気通路内壁面など
に付着する。すなわち、ＳＯｘ被毒の回復に寄与されな
かった還元剤がＮＯｘ吸収材より上流に残留することと
なる。

【００１１】このためＳＯｘ被毒を回復させる還元剤の
供給後しばらくは、その残留した還元剤が、排気通路内
を流れる排気に混入するためＮＯｘ吸収材に流入する排
気の空燃比は一時的に低い状態となる。従って、この間
に窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる通常量の還元剤の
供給を実施すると、本来、ＮＯｘ吸収材にて必要とされ
る還元剤の供給量を超えた還元剤が、ＮＯｘ吸収材に供
給されることとなる。よって、還元剤の過剰供給に起因
したＮＯｘ吸収材のＨＣ被毒や過昇温などの各種不具合
をＮＯｘ吸収材に生じさせることとなる。

【００１２】なお、ＨＣ被毒とは、反応に寄与されなか
った還元剤がＮＯｘ吸収材表面に液体として付着するこ
とにより、ＮＯｘ吸収材と排気中の窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）との接触がその表面上に付着した還元剤によって阻
害される現像を意味する。また、過昇温とは、必要量以
上に供給された還元剤が、ＮＯｘ吸収材にて酸化反応を
起こすことにより、ＮＯｘ吸収材を過剰に昇温させる現
象を意味する。

【００１３】よって本発明は、ＳＯｘ被毒の回復に伴う
還元剤の供給に起因した不必要な還元剤の供給を防止で
きる内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決するため、本発明では以下の手段を採用した。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、流入排気の空燃比が高いとき排
気中の窒素酸化物を吸収し、流入排気の酸素濃度が低下
したときその吸収していた窒素酸化物を放出するＮＯｘ
吸収材と、前記ＮＯｘ吸収材より上流に還元剤を供給し
てＳＯｘ被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復手段と、前記
ＮＯｘ吸収材に吸収された窒素酸化物を放出させる必要
が生じたとき、前記ＮＯｘ吸収材より上流に還元剤を供
給して、窒素酸化物を放出させるＮＯｘ放出手段と、前
記ＳＯｘ被毒の回復終了後、前記ＮＯｘ放出手段による
窒素酸化物を放出させる還元剤の供給を所定期間禁止す
る還元剤供給禁止手段と、を備えることを特徴とする。

【００１５】このように構成された本発明の排気浄化装
置では、排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）によるＮＯｘ吸
収材のＳＯｘ被毒を回復すべきとき、ＮＯｘ吸収材へ還
元剤を供給してＳＯｘ被毒を回復させる。また、窒素酸
化物（ＮＯｘ）を放出させる必要が生じたときには、前
記ＮＯｘ吸収材に還元剤を供給して窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）を放出させるが、ＳＯｘ被毒の回復後、当該窒素酸
化物（ＮＯｘ）を放出させる還元剤の供給を所定期間禁
止する還元剤供給禁止手段を備えるため、排気通路やＮ
Ｏｘ吸収材に残留した還元剤に加え、新規に還元剤の供
給が行われることはない。以て、ＳＯｘ被毒を回復すべ
く還元剤の供給に起因した窒素酸化物放出時の過剰な還
元剤の供給を阻止できる。

【００１６】尚、ここで還元剤の供給とは、供給した還
元剤の存在によってＮＯｘ吸収材に流入する排気の空燃
比が低下する行為を総称して還元剤の供給と称する。例
えば、機関燃焼に寄与しない燃焼室内への副噴射、ＮＯ
ｘ吸収材上流に配置された排気通路への還元剤の供給、
又は機関燃焼に供される混合気の空燃比を予め低めに設
定する空燃比制御などをも含む概念である。

【００１７】還元剤としては、還元作用を有するもので
あれば特に問わないが、より好ましくは軽油、ガソリ
ン、灯油など還元成分として炭化水素（ＨＣ）等を含む
ものが望ましい。また、内燃機関としては、例えば、筒
内直接噴射式のリーンバーンガソリン機関やディーゼル
機関など、希薄燃焼運転可能な内燃機関を好ましい例と
して例示できる。なお、本発明の排気浄化装置は、上記
した内燃機関に限られず、機関燃焼に伴い窒素酸化物
（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）を生成・排出する内
燃機関であれば広く適用できるものである。

【００１８】また、本発明に係るＮＯｘ放出手段に関
し、本発明では、前記ＮＯｘ吸収材に吸収された窒素酸
化物が所定量に達したか否かを判定するＮＯｘ吸収量判
定手段を備え、前記ＮＯｘ吸収材に吸収された窒素酸化
物が前記ＮＯｘ吸収量判定手段にて所定量に達したと判
断されたとき、前記ＮＯｘ吸収材より上流に還元剤を供
給する構成としてもよい。

【００１９】尚、ＮＯｘ吸収材に吸収された窒素酸化物
（ＮＯｘ）の吸収量を把握する方法については特に限定
しないが、例えば、運転履歴に基づくＮＯｘ吸収量の把
握、及びＮＯｘ吸収材下流に設置したＮＯｘセンサーの
出力値に基づくＮＯｘ吸収量の把握など、ＮＯｘ吸収材
に吸収されたと思われる窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量
を推定できるものであればよい。

【００２０】また、本発明に係る還元剤供給禁止手段に
関し、本発明では、前記ＮＯｘ吸収材下流に配置される
排気通路に空燃比検出手段が設けられ、前記還元剤供給
禁止手段は、前記ＳＯｘ被毒の回復終了後、前記空燃比
検出手段によって検出される空燃比が所定の空燃比に達
するまで、前記ＮＯｘ放出手段による還元剤の供給を禁
止してもよい。

【００２１】このように構成された還元剤供給禁止手段
では、ＳＯｘ被毒の回復終了時以降、ＮＯｘ吸収材を経
て流れ出る排気の空燃比を空燃比検出手段にて監視し、
ＳＯｘ被毒を回復すべきときに供給された還元剤がＮＯ
ｘ吸収材上流に残留しているか否かを確認する。そし
て、空燃比検出手段によって検出される空燃比が所定の
空燃比に達したことを受け、ＮＯｘ吸収材上流に残留し
た還元剤がＮＯｘ吸収材にて消費されたとして、窒素酸
化物（ＮＯｘ）を放出させるべく還元剤の供給を許可す
る。尚、空燃比検出手段としては、例えば、排気通路に
設置した空燃比センサや、酸素（Ｏ₂）センサなどを好
ましいものとして例示できる。

【００２２】また、本発明に係る還元剤の供給に関し、
本発明では、前記ＮＯｘ吸収材上流に配置される排気通
路に還元剤添加弁が設けられ、前記ＮＯｘ吸収材に対す
る還元剤の供給時には、この還元剤添加弁を介して前記
ＮＯｘ吸収材に流入する排気中に還元剤を供給してもよ
い。この場合、ＮＯｘ吸収材上流に配置された排気通路
に還元剤の供給がなされる。供給された還元剤は、排気
と混じり合いながらＮＯｘ吸収材に流入し、以てＮＯｘ
吸収材に対する還元剤の供給がなされる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る排気浄化装置
の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
尚、本実施の形態では車両用ディーゼルエンジンに本発
明を適用した例について説明する。

【００２４】＜ディーゼルエンジンの概要＞図１に示す
ように、本実施の形態に示すディーゼルエンジン１（以
下、内燃機関１と称す）は、燃焼室を形成する４つの気
筒２の他、燃料供給系、吸気系、制御系、排気系、など
をその主要構成要素として備えている。

【００２５】燃料供給系は、燃料噴射弁３、蓄圧室（以
下、コモンレールと称す）４、燃料供給管５、燃料ポン
プ６、などを備え、各気筒２に対して燃料供給を行って
いる。燃料噴射弁３は、各気筒２に対して夫々設けられ
る電磁駆動式の開閉弁である。各燃料噴射弁３は、燃料
の分配管となるコモンレール４に接続されている。コモ
ンレール４は、コモンレール４内の燃圧を検出するレー
ル圧センサ４ａなどを備え、燃料供給管５を介して燃料
ポンプ６に連結されている。燃料ポンプ６は、内燃機関
１の出力軸たるクランクシャフト１ａの回転を駆動源と
して回転駆動される。

【００２６】このように構成された燃料供給系では、ま
ず、燃料タンク（図示略）内の燃料が、燃料ポンプ６に
よって汲み上げられる。汲み上げられた燃料は、燃料供
給管５を介してコモンレール４に供給される。続いて、
コモンレール４に供給された燃料は、コモンレール４内
にて所定の燃圧まで高められ各燃料噴射弁３に分配され
る。そして、燃料噴射弁３に駆動電圧が印可され燃料噴
射弁３が開弁されるとコモンレール４内の燃料は、気筒
２内との差圧により燃料噴射弁３を介して気筒２内に噴
射される。尚、コモンレール４内の燃圧は、レール圧セ
ンサ４ａを介して後述の電子制御ユニット３０により監
視されている。

【００２７】一方、吸気系は、吸気管９、吸気絞り弁１
３、吸気枝管８、エアクリーナボックス１０、インター
クーラ１６などを備え、各気筒２に対して空気（吸気）
を供給する吸気通路を形成している。

【００２８】吸気管９は、エアクリーナボックス１０を
介して吸入される空気（吸気）を吸気枝管８に導く通路
を形成する。吸気枝管８は、吸気管９を経て流入する空
気を各気筒２に分配する通路を形成する。尚、エアクリ
ーナボックス１０内には、図示されないエアフィルタが
設けられている。また、吸気管９におけるエアクリーナ
ボックス１０との連結部分近傍には、吸気管９に流入す
る吸気量を測定するエアフロメータ１１、及び吸気され
る空気の温度を測定する吸気温センサ１２が設けられて
いる。

【００２９】また、吸気枝管８の直上流には、吸気の流
量を調節せしめる吸気絞り弁１３が設けられている。吸
気絞り弁１３は、ステッパモータなどにて構成されたア
クチュエータ１４によって開閉される。また、吸気絞り
弁１３の直下流には、吸気枝管８内の吸気温度を測定す
る吸気温センサ２４、及び吸気枝管８内の管内圧力を測
定する過給圧センサ２３が設けられている。

【００３０】また、エアクリーナボックス１０から吸気
絞り弁１３に至る排気通路中には、吸気を圧縮するター
ボチャージャ１５のコンプレッサハウジング１５ａ、及
びコンプレッサハウジング１５ａ内にて圧縮された吸気
を冷却するインタークーラ１６が設けられている。

【００３１】このように構成された吸気系では、まず、
機関運転に伴う負圧の発生により各気筒２に供給される
べく空気がエアクリーナボックス１０に流入する。エア
クリーナボックス１０内に流入した空気は、エアフィル
タにて塵や埃が除去された後、吸気管９を経てターボチ
ャージャ１５のコンプレッサハウジング１５ａに流入す
る。コンプレッサハウジング１５ａに流入した空気は、
コンプレッサハウジング１５ａ内のコンプレッサホイー
ル（図示略）にて圧縮された後、インタークーラ１６に
よってその圧縮に伴う熱が放熱される。そして、必要に
応じて吸気絞り弁１３での流量調節を受けた後、吸気枝
管８に流入する。吸気枝管８に流入した空気は、各枝管
を介して各気筒２に分配され前記燃料噴射弁３から噴射
（供給）された燃料と共に燃焼される。尚、各種センサ
の出力値は、後述の電子制御ユニット３０に入力されて
おり、前記燃料噴射制御などにフィードバックされる。

【００３２】制御系は、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、ＲＡ
Ｍ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（中央制御
装置）３４、入力ポート３５、出力ポート３６等を備え
たいわゆる電子制御ユニット３０（ＥＣＵ）に展開され
る制御プログラムである。

【００３３】電子制御ユニット３０の入力ポート３５に
は、上記した各種センサの出力信号の他、アクセルペダ
ル４０の踏込み量を検出する負荷センサ４１、クランク
シャフト１ａの回転数を検知するクランク角センサ４
２、車速を測定する車速センサ４３等が対応したＡ／Ｄ
変換器３７を介して、又は直接入力されている。一方、
出力ポート３６には、対応する駆動回路３８を介して燃
料噴射弁３、吸気絞り弁駆動用のアクチュエータ１４、
ＥＧＲ弁２６、燃料ポンプ６などが接続されている。

【００３４】また、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２
上には、各種予備実験に基づき作成された制御マップが
各装置に対応して設けられている。ＣＰＵ３４は、入力
ポート３５に入力された各種センサの出力信号を、ＲＯ
Ｍ３２上に展開された制御マップに照らし合わせその制
御マップにおいて算出された値に基づく各種制御信号を
出力ポート３６を介して各種装置に出力する。ＲＡＭ３
３は、入力ポート３５に入力される各種センサの出力信
号、及び出力ポート３６に出力された制御信号などを内
燃機関の運転履歴として記録する。そして、ＣＰＵ３４
からの要求を受けてそのＣＰＵ３４との間で各種信号す
なわち運転履歴の入出力を行う。

【００３５】このように構成された制御系では、現在の
機関運転に要求される「目標要求トルク」をクランク角
センサ４２および負荷センサ４１の出力信号等に基づき
算出し、この目標要求トルクを得るべく燃料噴射弁３や
燃料ポンプ６に出力される制御信号を適時更新して燃料
供給系における燃料供給量の補正を行う。即ち、燃料噴
射制御を実行する。また、制御系では、各種センサから
の出力値に基づき、後述の排気浄化装置における還元剤
の供給制御などをも同時に実行している。尚、還元剤の
供給制御については後に詳述する。

【００３６】排気系は、排気枝管１８、排気管１９、排
気温度センサ７４を備え、機関燃焼に伴い各気筒２から
排出される排気（既燃ガス）を機関１外部に排出させる
排気通路を形成している。また、還元剤添加弁６１など
にて構成された還元剤供給装置６０、ＮＯｘ吸収材の一
種である吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２、ＥＧＲ通路（排気
再循環通路）２５等を備え、排気中に含まれる有害物質
を浄化せしめる排気浄化装置としての機能をも有する。
なお、以下の説明では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２を単
にＮＯｘ触媒５２と称することもある。

【００３７】排気枝管１８は、各気筒２毎に設けられた
排気ポート１８ａに接続すると共に各排気ポート１８ａ
から流出した排気を集合（合流）させてターボチャージ
ャ１５のタービンハウジング１５ｂに導く通路を形成し
ている。排気管１９は、タービンハウジング１５ｂから
図示しない消音器までの通路を形成している。ＮＯｘ触
媒５２（ＮＯｘ吸収材）は、タービンハウジング１５ｂ
から消音器にかけての排気通路中に配置され、排気中の
有害物質を浄化している。還元剤添加弁６１は、排気枝
管１８の集合部分に設けられＮＯｘ触媒５２における浄
化作用（還元作用）を促すべく排気中に還元剤の供給を
行っている。排気温度センサ７４は、ＮＯｘ触媒５２下
流の排気管１９に設けられＮＯｘ触媒５２を経て流出す
る排気の温度を電子制御ユニット３０に入力している。
ＥＧＲ通路２５は、ＥＧＲクーラ２７及びＥＧＲ弁２６
を備え、排気枝管１８と吸気枝管８とを連通させる通路
を形成している。

【００３８】このように構成された排気系では、機関燃
焼に伴う排気が排気ポート１８ａを経て排気枝管１８内
に流入する。排気枝管１８に流入した排気は、排気枝管
１８内にて集合した後、ターボチャージャ１５のタービ
ンハウジング１５ｂに流入する。タービンハウジング１
５ｂに流入した排気は、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は、前記コンプレッサ
ハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達されコ
ンプレッサホイールを高速回転させる。その結果、各気
筒２に供給される空気は、コンプレッサホイールにて圧
縮され各気筒２に加圧供給されることになる。

【００３９】一方、タービンハウジング１５ｂを経て流
出した排気は、排気管１９を流下してＮＯｘ触媒５２に
流入する。そして、ＮＯｘ触媒５２内にて有害成分を浄
化された後、図示しない消音器を経て大気に放出され
る。尚、ＮＯｘ触媒５２における有害物質の浄化メカニ
ズム、及び還元剤添加弁６１などにて構成された還元剤
供給装置６０の説明は後に詳述する。

【００４０】また、排気枝管１８内を流れる排気の一部
は、ＥＧＲ弁２６の開弁時にＥＧＲ通路２５を経て吸気
枝管８内に流入する。その際、ＥＧＲ通路２５内を流れ
る排気は、ＥＧＲクーラ２７内にて冷却されながら吸気
枝管８へと流下する。そして、吸気枝管８内の新気（空
気）と混ざり合いつつ各気筒２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。

【００４１】尚、排気中には、水蒸気（Ｈ２Ｏ）や二酸
化炭素（ＣＯ₂）などの不活性ガスが含まれている。こ
のため新気（空気）と共に排気が気筒２内に流入する
と、機関燃焼時における混合気の燃焼温度が低下して窒
素酸化物（ＮＯｘ）の生成が抑制される。即ち、本実施
の形態に示す内燃機関１は、排気浄化装置の一つとして
周知のＥＧＲ装置を備えている。

【００４２】＜排気浄化装置の説明＞続いて、ＮＯｘ触
媒５２及び還元剤供給装置６０等にて構成される排気浄
化装置について説明する。この排気浄化装置は、排気系
に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２と、同排気系に
設けられた還元剤添加弁６１及びその補機類にて構成さ
れる還元剤供給装置６０と、還元剤供給装置６０の制御
系を形成する前記電子制御ユニット３０等を備えてい
る。

【００４３】吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２は、先の従来技
術においても説明したようにＮＯｘ吸収材の一種であ
り、流入排気の空燃比が高いとき、すなわち排気中に多
量の酸素（Ｏ₂）が存在している状態において排気中の
窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収し、排気中の酸素濃度が低
い状態、即ち流入排気の空燃比が低いときその吸収して
いた窒素酸化物（ＮＯｘ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）や一
酸化窒素（ＮＯ）に還元して放出する性質を備えてい
る。いわゆるＮＯｘの吸放出作用を備えている。

【００４４】また、その組成は、例えばアルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）を担体として、この担体上にカリウム（Ｋ）、ナ
トリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃ
ｓ）等のアルカリ金属、若しくはバリウム（Ｂａ）、カ
ルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類、又はランタン（Ｌ
ａ）、イットリウム（Ｙ）等の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。

【００４５】なお、ＮＯｘの吸放出作用は、流入排気の
空燃比が理論空燃比（ＡＦ＝１３〜１４）以上の領域に
おいても生ずる作用であり、以下の説明において流入排
気の空燃比が低いとは、必ずしも理論空燃比より低い空
燃比を意図するものではない。

【００４６】また、ＮＯｘの吸放出作用は、窒素酸化物
（ＮＯｘ）の浄化を促す主たる作用であり、吸蔵還元型
ＮＯｘ触媒５２においては、このＮＯｘの吸放出作用が
生じることにより窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化がなされ
るといってもよい。尚、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２に代
表されるＮＯｘ吸収材においての窒素酸化物（ＮＯｘ）
の浄化メカニズムについては、未だ明らかになっていな
い所もあるが、概ね以下の原理にて窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）が浄化なされているものと考えられている。

【００４７】以下、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２所謂ＮＯ
ｘ吸収材における窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化メカニズ
ムについてＮＯｘの吸放出作用を踏まえながら説明す
る。尚、図２に示される浄化メカニズムは、担体上に白
金（Ｐｔ）及びバリウム（Ｂａ）を担持させた場合を例
に説明しているが、他の貴金属、及びアルカリ金属、ア
ルカリ土類、希土類を用いても同様の浄化メカニズムと
なることが知られている。

【００４８】＜ＮＯｘの吸放出作用に関する説明＞ま
ず、図２（Ａ）に示されるように流入排気の空燃比が高
いときすなわち酸素過剰雰囲気下では、流入排気中に存
在する多量の酸素（Ｏ₂）がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形で白金
（Ｐｔ）上に付着する。また、流入排気中に含まれる窒
素酸化物（例えばＮＯ）は、白金（Ｐｔ）上でＯ₂ ^-又は
Ｏ^2-と反応し二酸化窒素（ＮＯ₂）となる（２ＮＯ＋Ｏ₂
→２ＮＯ₂）。

【００４９】次いで、白金（Ｐｔ）上で生成されたこの
二酸化窒素（ＮＯ₂）の一部は、白金（Ｐｔ）上でさら
に酸化され、同担体上に担持されたバリウム（Ｂａ）と
結合しながらＮＯｘ吸収材内に吸収される。より詳しく
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（ＢａＯ）と結合しながら硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）
の形でＮＯｘ吸収材内に拡散・吸収される。尚、上記し
たＮＯｘの吸収作用は、流入排気の空燃比が高く且つ窒
素酸化物（ＮＯｘ）と結合し得る酸化バリウム（Ｂａ
Ｏ）が担体上に存在する限り継続される。

【００５０】これに対し流入排気の空燃比が低いときす
なわち排気中における酸素濃度が低下したときには、白
金（Ｐｔ）上にて生成される二酸化窒素（ＮＯ₂）の生
成量が減少する。またこの時、ＮＯｘ吸収材内では、逆
方向に反応が進みＮＯｘ吸収材内に拡散していた硝酸イ
オン（ＮＯ₃ ^-）は二酸化窒素（ＮＯ₂）に変化する（Ｎ
Ｏ₃ ^-→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吸収材から排
気中に放出される。即ち、流入排気の空燃比が低いとき
ＮＯｘの放出作用が生じる。

【００５１】このように吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２な
ど、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収放出をなし得るＮＯｘ
吸収材においては、流入排気の空燃比を低下せしめるこ
とによりＮＯｘの放出作用を促すことができる。また、
本実施の形態においてＮＯｘ吸収材として採用する吸蔵
還元型ＮＯｘ触媒５２は、上記したＮＯｘの吸放出作用
に加えて排気中の炭化水素（ＨＣ）、及び一酸化炭素
（ＣＯ）をも同時に浄化し得る機能を備えている。この
炭化水素（ＨＣ）、及び一酸化炭素（ＣＯ）の浄化メカ
ニズムに関しては、以下に示す通りである。

【００５２】流入排気の空燃比が低いとき、流入排気中
には還元剤たる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）
が多く含まれている。これら還元成分は、白金（Ｐｔ）
上のＯ₂ ^-又はＯ^2-と部分的に反応して活性種を形成す
る。このためＮＯｘ触媒５２から放出された二酸化窒素
（ＮＯ₂）及び一酸化窒素（ＮＯ）は、この活性種によ
って還元せしめられ無害な窒素（Ｎ₂）となり排気中に
拡散される。

【００５３】このように吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２にお
いては、流入排気の空燃比を適宜調節することによって
排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）のみならず、炭化水素
（ＨＣ）、及び一酸化炭素（ＣＯ）などの未燃物質（有
害物質）をもを共に浄化することができる。

【００５４】ところで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒など、い
わゆる排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収し得るＮＯ
ｘ吸収材では、先の従来技術においても説明したように
排気中に含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）をも、上記した
窒素酸化物（ＮＯｘ）と略同様のメカニズムにて吸収し
てしまう。尚、排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）は、燃料
中に含まれる硫黄分が各気筒２にて燃焼されることによ
り生成され、以下に示す吸収メカニズムによって吸収さ
れるものと考えられている。

【００５５】＜ＳＯｘの吸収メカニズムの説明＞吸蔵還
元型ＮＯｘ触媒５２（ＮＯｘ吸収材）における硫黄酸化
物（ＳＯｘ）の吸収メカニズムについて説明すると、流
入排気の空燃比が高いとき、担体上に担持されている白
金（Ｐｔ）上には、流入排気中の酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-又はＯ
^2-の形で付着している。このため流入排気中の硫黄酸化
物（ＳＯｘ）は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様にして白
金（Ｐｔ）上で酸化されＳＯ_3-やＳＯ_4-となる。

【００５６】次いで、この生成されたＳＯ_3-やＳＯ
_4-は、白金（Ｐｔ）上でさらに酸化され硫酸イオン（Ｓ
Ｏ₄ ^2-）となり、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合しなが
らＮＯｘ触媒５２に吸収される。また、吸収された硫酸
イオン（ＳＯ₄ ^2-）は時間の経過と共にバリウムイオン
（Ｂａ²⁺）と結合して化学的に安定した硫酸塩（ＢａＳ
Ｏ ₄）となる。

【００５７】このように排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）
も、上記した窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様にして流入排
気の空燃比が高いときＮＯｘ触媒５２内に吸収される。
しかしながら、硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収に伴い生成
される硫酸塩（ＢａＳＯ₄）は粗大化し易く、また化学
的に安定していて分解し難い物質である。このため窒素
酸化物（ＮＯｘ）と同様にして流入排気の空燃比を低下
せしめたとしても、一旦ＮＯｘ触媒５２内に吸収された
硫黄酸化物（ＳＯｘ）は容易に放出されることなく、Ｎ
Ｏｘ触媒５２内に硫酸塩（ＢａＳＯ₄）として蓄積され
る。

【００５８】従って、ＮＯｘ触媒５２における硫酸塩
（ＢａＳＯ₄）の蓄積量が過多になると窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）の吸放出作用に寄与できる酸化バリウム（Ｂａ
Ｏ）の量も自ずと減り、ＮＯｘ触媒５２本来の機能を低
下させることにつながる。いわゆる「ＳＯｘ被毒」を生
じさせる。

【００５９】そこで本実施の形態では、以下に示す手順
に従いこのＳＯｘ被毒を回復している。まず、ＮＯｘ触
媒５２をおおよそ５００℃〜７００℃の高温に昇温せし
め、ＮＯｘ触媒５２に蓄積される硫酸バリウム（ＢａＳ
Ｏ₄）をＳＯ_3-及びＳＯ_4-に熱分解する。次いで、ＮＯ
ｘ触媒５２に流入する排気の空燃比を比較的長い時間に
亘り低下せしめ、硫酸バリウム（ＢａＳＯ₄）の熱分解
により生成されたＳＯ₃ _-やＳＯ_4-を、排気中の炭化水素
（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状の
ＳＯ₂−に還元する。そして、ＮＯｘ触媒５２に流入す
る排気と共にその気体状のＳＯ₂−を放出させる。所謂
「ＳＯｘ被毒回復制御」を実施して硫黄酸化物（ＳＯ
ｘ）の放出を行っている。

【００６０】なお、ＮＯｘ触媒５２を昇温させるに際し
ては、例えば、電気ヒータ及び燃焼式ヒータによる外的
熱エネルギーを与えて昇温させてもよいが、本実施の形
態に示す内燃機関では、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気
中に燃料の供給を行い、その燃料をＮＯｘ触媒５２内に
て燃焼（酸化）させることによりＮＯｘ触媒５２を昇温
させている。即ち、燃料の酸化に伴う反応熱（内的熱エ
ネルギー）を利用してＮＯｘ触媒５２を昇温させてい
る。尚、ＮＯｘ触媒５２の下流に排気絞り弁を装備した
排気系においては、その排気絞り弁を絞ってＮＯｘ触媒
５２を昇温させてもよい。

【００６１】このように本実施の形態に示す排気浄化装
置では、ＮＯｘ触媒５２を高温域に昇温させた後、上記
したＮＯｘの放出作用と同様にして流入排気の空燃比を
低下させることにより、ＳＯｘ被毒の回復を行ってい
る。

【００６２】ところが、本実施の形態に示すディーゼル
機関など、いわゆる希薄燃焼式内燃機関においては、通
常、酸素過剰状態の混合気を燃焼させて機関運転がなさ
れている。このため通常の運転時には、ＮＯｘ触媒５２
に流入する排気中に多量の酸素が存在することとなり、
その空燃比は該ＮＯｘ吸収材５２におけるＮＯｘの放出
作用、及びＳＯｘの放出作用（ＳＯｘ被毒の回復）を促
すまでに低下することはほとんどない。

【００６３】そこで本実施の形態に示す排気浄化装置で
は、ＮＯｘの放出作用、及びＳＯｘの放出作用を促すた
めに、流入排気の空燃比を低下させるべくＮＯｘ触媒５
２（ＮＯｘ吸収材）に流入する排気中に適宜のタイミン
グにて還元剤を供給する還元剤供給装置６０を備えてい
る。即ち、本実施の形態に示す排気浄化装置では、この
還元剤供給装置６０によってＮＯｘ放出手段、及びＳＯ
ｘ放出手段を実現している。

【００６４】この還元剤供給装置６０は、還元剤添加弁
６１、還元剤供給路６２、燃圧制御バルブ６４、調量弁
６５、燃圧センサ６３、緊急遮断弁６６、空燃比センサ
７３、などを備え、前記電子制御ユニット３０に準備さ
れた還元剤供給プログラムのもと、流入排気の空燃比が
所望の目標空燃比となるように還元剤たる燃料（軽油）
の供給をＮＯｘ触媒５２上流の排気通路に対して行って
いる。なお、ここで目標空燃比とは、窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）を浄化すべきときと、ＳＯｘ被毒を回復すべきとき
とで異なる値である。

【００６５】還元剤添加弁６１は、上記の如く排気枝管
１８の集合部分に設けられており、所定圧以上の燃圧が
作用したときに開弁する機械式の開閉弁である。還元剤
供給路６２は、前記燃料ポンプ６によって汲み上げられ
た燃料の一部を還元剤添加弁６１に導く通路を形成して
いる。燃圧制御バルブ６４は、還元剤供給路６２の経路
途中に配置され、還元剤供給路６２内の燃圧を還元剤添
加弁６１の開弁圧以上に維持している。調量弁６５は燃
圧制御バルブ６４から還元剤添加弁６１に至る経路に設
けられ還元剤供給プログラムのもと所定電圧が印可され
たときに開弁する電気式の開閉弁である。燃圧センサ６
３は、還元剤添加弁６１に作用する燃圧を検出してい
る。緊急遮断弁６６は、還元剤供給路６２内の圧力に異
常が生じたとき燃料ポンプ６から還元剤供給路６２への
燃料供給を停止する。

【００６６】このように構成された還元剤供給装置６０
では、まず、燃料ポンプ６によって汲み上げられた燃料
の一部が、緊急遮断弁６６及び燃圧制御バルブ６４を経
て調量弁６５に流入する。このとき調量弁６５に流入す
る燃料は、燃圧制御バルブ６４によって還元剤添加弁６
１の開弁圧以上に維持されている。そして、還元剤供給
プログラムのもと調量弁６５に所定電圧が印可されると
調量弁６５が開弁して、開弁圧以上に維持された燃料が
還元剤添加弁６１に流入する。その結果、還元剤添加弁
６１に開弁圧以上の燃圧が作用し、還元剤添加弁６１が
開弁されて排気枝管１８内への燃料（還元剤）供給がな
される。また、排気枝管１８に供給された燃料（還元
剤）は、タービンハウジング１５ｂ内にて攪拌され、排
気と混じり合いながら排気管１９を経てＮＯｘ触媒５２
に流入する。

【００６７】このように本実施の形態に示す排気浄化装
置では、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気中に還元剤たる
燃料を供給することによって、流入排気の空燃比を低下
せしめＮＯｘ触媒５２におけるＮＯｘの放出作用、及び
ＳＯｘの放出作用を促している。

【００６８】なお、上記した還元剤供給装置６０による
還元剤の供給は、予め電子制御ユニット３０に記録され
た還元剤供給プログラムにおいて、その各々に対応した
還元剤の供給条件が成立したときに実施されるものであ
る。すなわち、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる必要
が生じたとき、及び、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を放出させ
る必要が生じたとき、その各々に対応した適切量の還元
剤が還元剤供給プログラムのもと適宜のタイミングでＮ
Ｏｘ触媒５２に供給されることとなる。

【００６９】なお、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる
べきときの条件としては、ＮＯｘ触媒５２に吸収された
窒素酸化物（ＮＯｘ）が所定量に達している。ＮＯｘ触
媒５２の温度が所定温度（活性化温度）に達している。
還元剤供給装置６０においてＳＯx被毒を回復させる還
元剤の供給がなされていない。ＮＯｘ触媒５２を昇温さ
せる昇温制御が実施されていないなどの条件を例示でき
る。

【００７０】なお、本実施の形態では、ＮＯｘ触媒５２
に吸収された窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を把握する
にあたって、電子制御ユニット３０に読み込まれる運転
履歴に基づいてその吸収量を把握している。なお、運転
履歴とは、各種センサから出力される出力値を電子制御
ユニット３０内にて解析することにより把握されるもの
であり、各種センサの出力値は、機関運転の開始に伴い
電子制御ユニット３０のＲＡＭ３３上に順次記録される
ようになっている。

【００７１】そして、本実施の形態ではこの運転履歴の
うち、機関運転開始時からの走行距離数が予め設定した
走行距離数に達した、機関運転時間からの経過時間が予
め設定した所定時間に達した、などの条件が成立したと
き、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量が所定量に達したと
見なしている。尚、所定量は、ＮＯｘ触媒５２において
窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収し得る限界量よりも十分に
低い値に設定されている。このように本実施の形態で
は、電子制御ユニット３０に記録された還元剤供給プロ
グラムにおいてＮＯｘ吸収量判定手段を実現している。

【００７２】なお、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を把
握する方法としては、上記した例に限られることはな
く、例えば、吸気量と燃料消費量とをパラメータとして
作成されたＮＯｘ排出量算出マップに基づく吸収量の把
握や、ＮＯｘ触媒５２下流に配置した空燃比センサ７３
の出力値が理論空燃比より高い値に維持されている時間
から素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を把握するようにして
もよい。また、排気中のＮＯｘ濃度を測定し得るＮＯｘ
触媒センサをＮＯｘ触媒５２上流に配置して、窒素酸化
物（ＮＯｘ）の吸収量を把握するなど、その方法は、所
望に応じて任意に変更可能である。

【００７３】一方、ＳＯｘ被毒を回復すべきときの条件
としては、ＮＯｘ触媒５２における硫黄酸化物（ＳＯ
ｘ）の吸収量が所定量に達している。ＮＯｘ触媒５２の
触媒温度が硫黄酸化物（ＳＯｘ）を熱分解し得る高温域
に達している。排気の温度が所定の上限値以下である。
ＮＯｘの放出作用を促す還元剤の供給が否実行状態にあ
る、などの各種条件を例示できる。

【００７４】なお、本実施の形態では、ＮＯｘ触媒５２
に吸収された硫黄酸化物（ＳＯｘ）が所定量に達したか
否かを判定する際、上記した窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸
収量を把握する方法と略同様にして、機関運転開始時か
らの走行距離数が予め設定した走行距離数に達した、ま
た、機関運転時間からの経過時間がが予め設定した所定
時間に達した、などの各種条件が成立したときに、硫黄
酸化物（ＳＯｘ）の吸収量が所定量に達したと見なして
いる。

【００７５】このように、窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出
作用を促す還元剤の供給と、ＳＯｘ被毒の回復（放出）
を促す還元剤の供給は、機関運転時にその各々に対応し
た還元剤の供給条件が成立したときに実施される。

【００７６】ところでＳＯｘ被毒を回復すべきときに供
給される還元剤の供給量は、先の従来技術においても記
載したように窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる還元剤
の供給量に対してかなり多い量となる。このためＳＯｘ
被毒を回復させる還元剤の供給時には、還元剤添加弁６
１から供給された還元剤（燃料）が排気管１９の内壁面
やＮＯｘ触媒５２表面上に付着する。即ち、ＳＯｘ被毒
を回復させる還元剤の供給がなされた後の排気管１９に
は、ＳＯｘ被毒の回復に供されなかった還元剤が残留す
ることとなる。

【００７７】このためＳＯｘ被毒の回復に伴う還元剤の
供給終了時以降しばらくは、ＮＯｘ触媒５２上流に残留
した還元剤が該ＮＯｘ触媒５２に対して新たに流入する
排気と混じり合いながらＮＯｘ触媒５２に供給されるこ
ととなる。より詳しくは、図３に示されるようにＳＯｘ
被毒の回復終了後しばらくは、流入排気の空燃比が、本
来ＮＯｘ触媒５２に流入する排気の空燃比Ｘ１（理論上
の空燃比）よりも低い空燃比Ｘ２となる。尚、図３に示
す空燃比センサ７３の出力値は、ＮＯｘ触媒５２下流の
空燃比を示すものであるが、その値はＮＯｘ触媒５２上
流の空燃比に略一致するものである。

【００７８】従って、この間に窒素酸化物（ＮＯｘ）を
放出させる還元剤の供給がなされると、本来、ＮＯｘ触
媒５２に供すべき還元剤の供給量を超えた還元剤がＮＯ
ｘ触媒５２に流入することとなる。このためこの還元剤
の過剰供給に起因してＮＯｘ触媒５２のＨＣ被毒や過昇
温が引き起される。

【００７９】そこで、本実施の形態に示す排気浄化装置
では、還元剤供給プログラムにおいて、ＳＯｘ被毒の回
復終了時以降、前記窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる
還元剤の供給を所定期間禁止する還元剤供給禁止制御を
実施するようにしている。

【００８０】即ち、ＮＯｘ触媒５２上流に残留した還元
剤が、ＮＯｘ触媒５２にて消費される迄の間、窒素酸化
物（ＮＯｘ）の放出を促す還元剤の供給を禁止して、窒
素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるべきときの過剰な還元
剤の供給を防止している。尚、ＮＯｘ触媒５２上流に残
留した還元剤は、新規に流入する排気中の窒素酸化物
（ＮＯｘ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の浄化（還元）に消
費され、その総量は時間の経過に伴い減少する。

【００８１】＜還元剤供給禁止制御の説明＞以下、本発
明の主旨となる還元剤供給禁止制御について、図４を参
照して説明する。なお、還元剤供給禁止制御は、ＳＯｘ
被毒回復制御に付加されて実施される制御である。この
ため図４に示されるフローチャートは、ＳＯｘ被毒を回
復させる「ＳＯｘ被毒回復処理ルーチン」をも含むもの
である。

【００８２】まず、電子制御ユニット３０では、機関運
転開始時からの運転履歴を収集すべく各種センサの出力
信号をＲＡＭ３３上に記憶する（ステップ１０１）。こ
こで運転履歴としては、例えば、機関運転開始からの経
過時間、目標要求トルクを満たすべく各気筒２に供され
た燃料の供給量、各気筒２に吸入された空気量、前回実
施した還元剤の供給時からの経過時間、車両走行距離数
及び車両走行時間の積算値、排気温度などを例示でき
る。

【００８３】続くステップ１０２では、前記ステップ１
０１にて収集された運転履歴をＣＰＵ３４に読み出し、
ＳＯｘ被毒の回復を目的とした還元剤の供給実行条件が
成立しているか否かをＣＰＵ３４にて判定する。なお、
還元剤の供給実行条件としては、上記したようにＮＯｘ
触媒５２における硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収量が所定
量に達しているか。また、ＮＯｘ触媒５２の触媒温度が
硫黄酸化物（ＳＯｘ）を熱分解し得る高温域に達してい
るか。排気の温度が所定の上限値以下であるか。ＮＯｘ
の吸放出作用を促す還元剤の供給が否実行状態にある
か、などの条件を例示できる。

【００８４】そして、各種条件が満たされたとき、電子
制御ユニット３０では、還元剤の供給を実施すべくステ
ップ１０３に移行して基本供給量の算出を行う。また、
各種要件が満たされないときには、本処理ルーチンの実
行を一旦終了する。

【００８５】ステップ１０３では、現在の機関運転に供
されている混合気の空燃比と、前記ステップ１０２にて
算出された硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収量とをパラメー
タとしてＳＯｘ被毒の回復に供される還元剤の基本供給
量をＲＯＭ３２上に予め準備した基本供給量算出マップ
に基づき算出する。尚、基本供給量算出マップは、各種
予備実験に基づき作成されたものである。

【００８６】続くステップ１０４では、ステップ１０３
にて算出された基本供給量に従い、調量弁６５の開弁制
御を実施する。尚、調量弁６５の開弁制御とは、基本供
給量に見合う還元剤が、還元剤添加弁６１を介して排気
通路に供給されるように調量弁６５の開弁時間若しくは
開弁周期の調節を行う制御である。そして、本ステップ
１０４の実行と共に、還元剤たる燃料が還元剤添加弁６
１を介して排気通路中に供給されることとなる。

【００８７】続いて、電子制御ユニット３０では、基本
供給量の補正すなわちフィードバック制御を開始すべく
ＮＯｘ触媒５２下流の空燃比を空燃比センサ７３にて検
出すると共にその空燃比が所定の空燃比より高いか否か
を判別する（ステップ１０５）。

【００８８】なお、所定の空燃比とは、ＳＯｘ被毒を回
復し得る適切量の還元剤を流入排気中に供給したとき、
そのＮＯｘ触媒５２を経て流れ出る流出排気の空燃比に
相当する。即ち、流入排気を目標空燃比としたとき、そ
の目標空燃比と流出排気の空燃比との間における相関関
係に基づき定められる値である。なお、還元剤供給プロ
グラムにおいては、ＮＯｘ触媒５２に吸収された硫黄酸
化物（ＳＯｘ）の吸収量によって定義付けられる値であ
る。

【００８９】そして、ＮＯｘ触媒５２下流の空燃比が、
所定の空燃比に対して高いと判断されたときには、基本
供給量の増量補正を実施すべくステップ１０６に移行す
る。また、ＮＯｘ触媒５２下流の空燃比が、所定の空燃
比に対して低いと判断されたときには、基本供給量の減
量補正を実施すべくステップ１０７に移行する。

【００９０】基本供給量の増量補正を実施するステップ
１０６では、空燃比センサ７３にて検出される空燃比と
所定の空燃比との差に応じて増量すべき還元剤の補正供
給量を算出すると共に、算出された補正量に伴う調量弁
６５の開弁制御を実施する。尚、還元剤の増量補正に伴
う調量弁６５の開弁制御は、調量弁６５の開弁時間を長
くする若しくは開弁周期を短くするなどして増量補正に
対応している。

【００９１】一方、基本供給量の減量補正を実施するス
テップ１０７においても同様にして、空燃比センサ７３
にて検出される空燃比と所定の空燃比との差に応じて減
量すべき還元剤の補正供給量を算出すると共に、算出さ
れた補正量に伴う調量弁６５の開弁制御を実施する。
尚、還元剤の減量補正に伴う調量弁６５の開弁制御は、
調量弁６５の開弁時間を短くする若しくは開弁周期を長
くするなどして減量補正に対応している。

【００９２】そして、電子制御ユニット３０では、ステ
ップ１０６、又はステップ１０７の終了後、ＳＯｘ被毒
を回復させる還元剤の供給終了条件が成立しているか否
かを判別する（ステップ１０８）。すなわち、ＳＯｘ被
毒の回復を目的とした還元剤の供給を終了させるか否か
を判別する。

【００９３】なお、供給終了条件としては、例えば、還
元剤の供給開始後、所定時間が経過したか、排気温度セ
ンサ７４の出力値が所定値以下になったか、などの条件
を例示できる。そして、本ステップ１０８において供給
終了条件が成立していると判断されたときには、調量弁
６５を閉弁して還元剤の供給を停止する（ステップ１０
９）。また、供給終了条件が不成立であると判定された
ときには、前記ステップ１０５から本ステップ１０８ま
でを再度繰り返して実行する。以上が「ＳＯｘ被毒回復
処理ルーチン」に係る処理ルーチンである。

【００９４】続いて、電子制御ユニット３０では、ＳＯ
ｘ被毒の回復終了時以降、ＮＯｘ触媒５２に対する還元
剤の供給を禁止する還元剤供給禁止制御を開始する（ス
テップ１１０）。即ち、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出さ
せる還元剤の供給条件が成立したとしても、ＮＯｘ触媒
５２に対する還元剤の供給が実施されないように還元剤
供給装置６０を制御する。

【００９５】続くステップ１１１では、ＳＯｘ被毒を回
復させる還元剤の供給終了時以降において前記空燃比セ
ンサ７３にて検出される空燃比（出力値）をＣＰＵ３４
に読み込み、空燃比センサ７３の出力値が閾値Ａ（所定
値）に達したか否かを判定する。即ち、ＮＯｘ触媒５２
を経て流れ出る排気の空燃比に基づき、ＮＯｘ触媒５２
上流に残留する還元剤の有無を確かめる。なお、閾値Ａ
の設定は任意であるが、本実施の形態では、応答遅れな
どを考慮して図３に示されるように、流出排気の空燃比
が正常値に戻る直前に閾値Ａを設定している。なお、正
常値とは、各気筒２から排出される排気の空燃比に相当
する。

【００９６】そして、電子制御ユニット３０では、空燃
比センサ７３の出力値が閾値Ａに達したことを受け、Ｎ
Ｏｘ触媒５２上流に残留した還元剤がＮＯｘ触媒５２に
て消費されたと見なし還元剤供給禁止制御を解除する。
即ち、ＳＯｘ被毒の回復後においてＮＯｘの放出作用を
促す還元剤の供給を許可する（ステップ１１２）。

【００９７】また、空燃比センサ７３の出力値が未だ低
い状態を維持している場合には、ＮＯｘ触媒５２上流に
還元剤が残留していると判断し、引き続きステップ１１
０から本ステップ１１１に至る処理ルーチンを繰り返し
実行する。

【００９８】このように本実施の形態に示す排気浄化装
置では、還元剤供給プログラムにおいて、ＳＯｘ被毒の
回復終了時以降、前記窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させ
る還元剤の供給を所定期間禁止する還元剤供給禁止制御
を備えるため、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるべき
ときの過剰な還元剤の供給を防止できる。

【００９９】尚、上記した一連の処理ルーチンは、あく
までも本発明の一実施形態であり、その詳細は任意に変
更である。例えば、上記した処理ルーチンでは、空燃比
センサ７３の出力値が閾値Ａに達したことを受け、ＮＯ
ｘ触媒５２上流に残留する還元剤が無くなったと見なし
ているが、その判定は、ＳＯｘ被毒の回復に伴う還元剤
の供給終了時以降からの経過時間に基づいて判定しても
よい。すなわち、ＳＯｘ被毒を回復させる還元剤の供給
終了時以降、所定時間経過したことを受けてＮＯｘ触媒
５２上流に残留する還元剤が無くなったと見なし還元剤
供給禁止制御を解除するようにしてもよい。

【０１００】なお、残留した還元剤の有無を時間の経過
に基づき判定する場合には、例えば、以下の手順にて判
定する。まず、前記ステップ１０３において算出された
基本供給量並びに前記ステップ１０６又は前記ステップ
１０７において算出された補正量からＳＯｘ被毒を回復
すべきときに供給された還元剤の供給量（総量）をＣＰ
Ｕ３４にて算出する。次いで、その算出された供給量に
基づき、ＮＯｘ触媒５２上流に残留したと思われる還元
剤の残留量を推定する。続いて、機関回転数をＣＰＵ３
４に読み出しＮＯｘ触媒５２に流入する排気の流速を求
め、還元剤の残留量と排気の流速とをパラメータとして
作成された還元剤消費時間算出マップに基づき、残留し
た還元剤がＮＯｘ触媒５２にて消費される迄に掛かる時
間すなわち目標時間を算出する。

【０１０１】そして、ＳＯｘ被毒を回復すべく還元剤の
供給終了と同時にその経過時間をカウントし、カウント
された時間が目標時間に達したことを受けて残留した還
元剤が消費されたと見なす。このように上記した還元剤
供給プログラムの詳細は所望に応じて変更することがで
きる。

【０１０２】また、上記した還元剤供給装置６０やディ
ーゼルエンジン（内燃機関）等の構成は、あくまでも本
発明の一実施形態にすぎず、その詳細は所望に応じて変
更しても構わない。例えば、本実施の形態においては、
還元剤添加弁６１として機械式の開閉弁を採用したが、
これに替えて電気制御式の電磁弁を採用する。また、還
元剤供給装置６０を燃料供給系から完全に独立させて構
成するなどの変更を行ってもよい。また、ＮＯｘ触媒５
２下流の空燃比を検出するにあたっては、空燃比センサ
７３を利用しているが、空燃比センサ７３に替えて酸素
（Ｏ₂）センサを使用してもよい。また、本実施の形態
では、ディーゼル機関に本発明を適用させた例について
説明しているが、本発明は、勿論ガソリン機関において
も有用である。

【０１０３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ＳＯｘ被
毒の回復に伴う還元剤の供給に起因した不必要な還元剤
の供給を防止できる。また、還元剤の過剰供給によるＮ
Ｏｘ吸収材のＨＣ被毒や過昇温などの各種不具合をも防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る内燃機関の概略構図。

【図２】ＮＯｘの吸放出作用を説明するための図。

【図３】ＳＯｘ被毒を回復させる還元剤の供給に起因
した空燃比センサの出力値の変化を示す図。

【図４】本実施の形態に係る還元剤供給禁止制御を説
明するためのフローチャート。

【符号の説明】

１ディーゼルエンジン（内燃機関）１ａクランクシャフト２気筒３燃料噴射弁４コモンレール４ａレール圧センサ５燃料供給管６燃料ポンプ８吸気枝管９吸気管１０エアクリーナボックス１１エアフロメータ１２吸気温センサ１３吸気絞り弁１４アクチュエータ１５ターボチャージャ１５ａコンプレッサハウジング１５ｂタービンハウジング１６インタークーラ１８排気枝管１８ａ排気ポート１９排気管２３過給圧センサ２４吸気温センサ２５ＥＧＲ通路（排気再循環通路）２６ＥＧＲ弁２７ＥＧＲクーラ３０電子制御ユニット３１双方向性バス３５入力ポート３６出力ポート３７変換器３８駆動回路４０アクセルペダル４１負荷センサ４２クランク角センサ４３車速センサ５２吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）６０還元剤供給装置６１還元剤添加弁６２還元剤供給路６３燃圧センサ６４燃圧制御バルブ６５調量弁６６緊急遮断弁７３空燃比センサ７４排気温度センサＸ１理論上の空燃比Ｘ２実測の空燃比

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/18 Ｆ０１Ｎ 3/36 ＢＺＡＢＦ０２Ｄ 41/14 ３１０Ｋ 3/28 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ 3/36 ３０１ＴＦ０２Ｄ 41/14 ３１０ 45/00 ３１４Ｚ 43/00 ３０１Ｂ０１Ｄ 53/34 １３２Ｚ 53/36 １０１Ａ 45/00 ３１４１０１Ｂ (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)発明者青山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Ｆターム(参考） 3G084 AA01 AA03 AA04 BA05 BA08 BA09 BA13 BA20 BA24 DA02 DA10 DA19 DA27 EA11 EB01 EB11 FA02 FA07 FA10 FA11 FA12 FA27 FA29 FA33 3G091 AA02 AA10 AA11 AA12 AA17 AA18 AA28 AB06 AB09 BA11 BA14 BA32 CA13 CA18 CB02 CB07 CB08 DA01 DA02 DA08 DA10 DB06 DB10 DC01 EA00 EA01 EA03 EA05 EA06 EA07 EA15 EA17 EA30 EA31 EA34 EA38 EA39 FB10 FB11 FB12 GB02W GB02Y GB03W GB03Y GB04W GB04Y GB05W GB06W HA18 HA37 HB05 HB06 3G301 HA01 HA02 HA04 HA06 HA13 HA15 JA15 JA25 JA26 JB09 LA03 LB11 MA01 MA11 NA04 NA06 NA07 NA08 NC02 ND01 NE01 NE06 NE13 NE14 NE15 NE22 NE23 PA01A PA01B PA07A PA07B PA10A PA10B PD02A PD02B PD11A PD11B PE01A PE01B PE03A PE03B PF01A PF01B PF03A PF03B 4D002 AA02 AA12 AB01 AC10 BA03 BA06 CA07 DA01 DA04 DA25 EA07 EA13 4D048 AA06 AA13 AA18 AB05 AB07 AC02 BA01Y BA02Y BA03X BA14Y BA15X BA18X BA30X BA31Y BA33Y BA41X BB02 BC01 CC61 DA01 DA02 DA03 DA06 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
の空燃比が高いとき排気中の窒素酸化物を吸収し、流入
排気の酸素濃度が低下したときその吸収していた窒素酸
化物を放出するＮＯｘ吸収材と、前記ＮＯｘ吸収材より上流に還元剤を供給してＳＯｘ被
毒を回復させるＳＯｘ被毒回復手段と、前記ＮＯｘ吸収材に吸収された窒素酸化物を放出させる
必要が生じたとき、前記ＮＯｘ吸収材より上流に還元剤
を供給して、窒素酸化物を放出させるＮＯｘ放出手段
と、前記ＳＯｘ被毒の回復終了後、前記ＮＯｘ放出手段によ
る窒素酸化物を放出させる還元剤の供給を所定期間禁止
する還元剤供給禁止手段と、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ＮＯｘ放出手段は、前記ＮＯｘ吸収材
に吸収された窒素酸化物が所定量に達したか否かを判定
するＮＯｘ吸収量判定手段を備え、前記ＮＯｘ吸収材に
吸収された窒素酸化物が前記ＮＯｘ吸収量判定手段にて
所定量に達したと判断されたとき、前記ＮＯｘ吸収材よ
り上流に還元剤を供給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ＮＯｘ吸収材下流に配置される排気通
路に空燃比検出手段が設けられ、前記還元剤供給禁止手段は、前記ＳＯｘ被毒の回復終了
後、前記空燃比検出手段によって検出される空燃比が所
定の空燃比に達するまで、前記ＮＯｘ放出手段による還
元剤の供給を禁止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。
【請求項４】前記ＮＯｘ吸収材上流に配置される排気通
路に還元剤添加弁が設けられ、前記ＮＯｘ吸収材に対する還元剤の供給時には、この還
元剤添加弁を介して前記ＮＯｘ吸収材に流入する排気中
に還元剤を供給することを特徴とする請求項１から３の
何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。