JP2003214132A

JP2003214132A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2003214132A
Application number: JP2002017374A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Hayashi; 孝太郎林; Hisashi Oki; 久大木; Shinobu Ishiyama; 忍石山; Hisafumi Magata; 尚史曲田; Masaaki Kobayashi; 正明小林; Daisuke Shibata; 大介柴田; Takahiro Oba; 孝宏大羽; Akihiko Negami; 秋彦根上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2003-07-30
Anticipated expiration: 2022-01-25
Also published as: JP4178797B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ブローバイガス中の硫黄分をトラップすること
により、排気通路４中の触媒１２のＳ被毒を抑制、回復
する内燃機関の排気浄化装置を提供することである。【解決手段】本発明に係る内燃機関１は、ブローバイガ
ス９をクランクケース８から吸気系（吸気通路２）に再
循環させるブローバイガス通路３に、ブローバイガス中
の硫黄分をトラップするＳトラップ１１を備える。そし
て、Ｓトラップ１１のＳＯｘトラップ剤によってブロー
バイガス中の硫黄分をトラップする。その結果、排気触
媒１２のＳ被毒を抑制することができ、Ｓ被毒回復処理
を行う頻度を大幅に減少できる。またＳＯｘトラップ剤
はブローバイガス９中の硫黄分のみでなく、リン分もト
ラップできるため、触媒の酸化活性の低下を抑制し、排
気触媒１２に堆積するアッシュを低減することもでき
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、内燃機関の排気ガ
ス浄化装置に関し、好適には、ディーゼルエンジンの排
気通路中の触媒のＳＯｘ被毒を抑制する排気浄化装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】希薄燃焼可能な車両用の内燃機関より排
出される排気ガスからＮＯｘを浄化する技術として、吸
蔵還元型ＮＯｘ触媒を用いた排気浄化装置がある。

【０００３】この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、希薄燃焼可
能な内燃機関の排気通路に配置される。そして、リーン
空燃比（即ち、酸素過剰雰囲気下）の排気ガスが流れた
ときには、排気ガス中のＮＯｘは触媒に吸蔵される。そ
して、ストイキ（理論空燃比）あるいはリッチ空燃比
（即ち、酸素希薄雰囲気下）の排気ガスが流れたとき
に、触媒に吸蔵されていたＮＯｘはＮＯ₂として放出さ
れる。そしてさらに、排気ガス中のＨＣやＣＯなどの還
元成分によってＮ₂に還元される。現在このようなＮＯ
ｘを浄化する技術が開発されている。

【０００４】ところで、内燃機関の燃料には、一般的に
硫黄分が含まれているため、内燃機関で燃料を燃焼する
と、燃料中の硫黄分が燃焼してＳＯ₂やＳＯ₃などの硫黄
酸化物（ＳＯｘ）が発生する。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
は、ＮＯｘの吸蔵作用と同じメカニズムで排気ガス中の
ＳＯｘが吸蔵される。そのため、内燃機関の排気通路に
ＮＯｘ触媒を配置した場合、このＮＯｘ触媒にはＮＯｘ
のみならずＳＯｘも吸蔵される。

【０００５】そして、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵され
たＳＯｘは、時間経過とともに安定な硫酸塩を形成す
る。そのため、ＮＯｘ触媒からＮＯｘの放出、還元を行
う場合と同じ条件においては、分解あるいは放出されに
くく、ＮＯｘ触媒内に蓄積され易い傾向がある。その結
果、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒内のＳＯｘ蓄積量が増大する
と、触媒のＮＯｘ吸蔵容量が減少して排気ガス中のＮＯ
ｘの除去を十分に行うことができなくなり、ＮＯｘ浄化
効率が低下する。これが所謂Ｓ被毒である。

【０００６】したがって、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の排気
浄化能力を長期に亘って高く維持するためには、触媒に
吸蔵されるＳＯｘを分解して触媒から放出させ、Ｓ被毒
から回復させる必要がある。

【０００７】そこで、特開平6-272541号公報等には、Ｓ
被毒を回復するため、ＮＯｘ触媒を通常の再生操作時よ
り高い温度（例えば６００度Ｃ以上）に昇温し、かつ排
気ガスの空燃比をリッチにしてＳ被毒回復処理を定期的
に行う技術が開示されている。

【０００８】上記公報に開示された処理技術では、ＮＯ
ｘ触媒に流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯｘ
を吸蔵し、排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸蔵
したＮＯｘを放出するようなＮＯｘ触媒を、内燃機関
の排気通路に配置する。そして排気中のＮＯｘを吸蔵
させ、その後ＮＯｘ触媒に流入する排気空燃比をリッチ
にして、ＮＯｘ触媒から吸蔵したＮＯｘを放出させ
る。

【０００９】さらに、ＮＯｘ触媒と、排気中の微粒子を
捕集するパティキュレートフィルタとを相互に熱伝達可
能な位置に配置する。そして、ＮＯｘ触媒に流入する排
気の空燃比をリッチにして、ＮＯｘの放出と還元浄化
を行う。その後、パティキュレートフィルタに捕集され
たパティキュレートを燃焼させ、このパティキュレート
燃焼操作終了後に再度ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃
比をリッチにして、ＮＯｘ触媒のＳ被毒を回復する。

【００１０】しかしながら、排気触媒のＳ被毒の原因
は、燃料中の硫黄分以外にも考えられる。その主なもの
として、エンジンオイル（潤滑油）に起因するブローバ
イガスがある。

【００１１】ブローバイガスは、燃焼室内の燃焼ガス
が、燃焼の圧力によりピストンリングとシリンダ壁の隙
間より漏れ、クランクケースに流れ込むものである。そ
のため、ブローバイガスは、クランクケース内の汚濁、
オイルの劣化を防ぐため浄化する必要がある。

【００１２】そこで、ブローバイガス浄化装置として
は、特開平10-103039号公報に開示されているように、
ブローバイガス中のオイル分をフィルタで捕集し、光触
媒の分解作用により水と二酸化酸素に分解することによ
り、オイル分を浄化し、大気へ排出する技術が開発され
ている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブロー
バイガスは、クランクケース内の潤滑油中の硫黄分など
を含んでいる。そのため、ブローバイガスは吸気系に循
環されたのち燃焼室を経て排気通路へと流入し、排気触
媒をＳ被毒する。排気触媒のＳ被毒を回復させる処理と
しては、従来のような排気通路の硫黄分の浄化のみが問
題となるわけではなく、ブローバイガス中の硫黄分の浄
化もまた問題となる。

【００１４】本発明は、このような従来技術の問題に鑑
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、ブローバイガス中の硫黄分をトラップすることに
より、排気通路中の触媒のＳ被毒を抑制する内燃機関の
排気浄化装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。本発明に係る内燃
機関としては、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン
等を例示することができる。

【００１６】その内燃機関のブローバイガスをクランク
ケースから吸気系に再循環させるブローバイガス通路
に、ブローバイガス中の硫黄分をトラップするＳＯｘト
ラップ剤を備え、ブローバイガス中のＳＯｘを予め除去
して、吸気系に再循環させることで、排気触媒のＳ被毒
を抑制できる。

【００１７】このＳＯｘトラップ剤は、例えばアルミナ
やチタンあるいはジルコニア等の金属酸化物がコーティ
ングされた焼結メタルからなる担体上に、銅（Ｃｕ）、
鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、の
ような遷移金属や、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム
（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、バリウム（Ｂａ）のような
アルカリまたはアルカリ土類金属等から選ばれた少なく
とも１つとを担持して構成される。更に、担体上には、
白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）
等の金属を担持することにより、ＳＯｘは、硫酸イオン
の形でトラップされやすくなる。

【００１８】排気触媒としては、酸化能を有する触媒と
して、酸化触媒やＮＯｘ触媒を例示することができ、Ｎ
Ｏｘ触媒として、選択還元型ＮＯｘ触媒や吸蔵還元型Ｎ
Ｏｘ触媒を例示することができる。選択還元型ＮＯｘ触
媒には、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換し
て担持した触媒、ゼオライトまたはアルミナに貴金属を
担持した触媒、等が含まれる。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と
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（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た触媒である。この
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、流入する排気ガスの空燃比が
リーンのときはＮＯｘを吸蔵（吸収・吸着）し、流入す
る排気ガスの酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放
出する。

【００１９】上記ＳＯｘトラップ剤のＳ被毒回復処理
（トラップしたＳＯｘを放出する）を行うために、ＳＯ
ｘトラップ剤を加熱する加熱手段を備えた構成とするこ
ともできる。この加熱手段としては、焼結メタルからな
るフィルタ担体の一部あるいは全体を、通電すると発熱
する電気発熱体で構成してもよいし、触媒の担持されて
いない焼結メタル部に電気発熱体を埋め込んで一体化し
た構成にしてもよい。

【００２０】また、ＳＯｘトラップ剤にトラップしたＳ
Ｏｘを所定時期に放出することで、排気系のＮＯｘ触媒
の再被毒を抑制することができる。

【００２１】所定時期とは、放出した硫黄分が排気通路
に流入して、排気系のＮＯｘ触媒を再被毒しない時期で
ある。つまり、排気ガスの空燃比が理論空燃比又はその
近傍であるストイキ、あるいは理論空燃比より過濃であ
るリッチなときである。

【００２２】さらに、Ｓ被毒回復処理が完了した直後に
おいては、ＳＯｘトラップ剤の温度が極めて高いため、
吸蔵性能が低くなる。そこで、ＳＯｘトラップ剤のＳ被
毒回復処理が完了した後は、ＳＯｘトラップ剤を吸蔵性
能の高い温度まで素早く冷却するために、冷却手段を備
えた構造とすることもできる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
にして説明する。尚、以下に記載する実施の形態は、本
発明に係る排気浄化装置を内燃機関として車両用ディー
ゼルエンジン１に適用した態様である。

【００２４】図１に示すように、ディーゼルエンジン１
は、吸気通路２、ブローバイガス通路３、排気通路４、
ピストン・クランク機構５、弁機構６を有しており、ピ
ストン５により空気を断熱圧縮し、その中に重油又は軽
油の燃料を噴射することで点火、燃焼させるものであ
る。

【００２５】このエンジンの燃焼過程において、ピスト
ンリングとシリンダブロック７の隙間より漏れたガスが
ブローバイガス９である。このブローバイガス９は、ブ
ローバイガス通路３を通って、クランクケース８から吸
気系（吸気通路２）へ再循環させられる。このブローバ
イガス通路３には、硫黄分をトラップ（吸収・吸着）す
ることができるＳトラップ１１が設置される。

【００２６】このＳトラップ１１は、図２に示すよう
に、本発明でいうＳＯｘトラップ剤１５を有し、ＳＯx
トラップ剤１５は、焼結メタル１４からなるフィルタの
表面上に、塩基性物質（ゼオライト、ジロコニア、Ｌ
ｉ、Ｎａのアルカリ金属など）を担持させることによ
り、ブローバイガス９中の硫黄分をトラップする。

【００２７】ところで、ＳＯｘトラップ剤１５の硫黄分
トラップ能力には限界があり、所定量の硫黄分をトラッ
プすると飽和し、それ以上トラップすることができなく
なり硫黄分をそのまま通過させてしまう。そこで、ＳＯ
ｘトラップ剤１５の硫黄分トラップ能力が飽和する前
に、所定のタイミングで硫黄分を放出するため、ＳＯｘ
トラップ剤１５を昇温する必要がある。

【００２８】そのため、Ｓトラップ１１の焼結メタル担
体１４はヒータ機能を備えており、電流を流すと発熱
し、ＳＯｘトラップ剤１５を加熱する。つまり、このＳ
トラップ１１は加熱手段が一体化されていてもよい。Ｓ
トラップ１１の焼結メタル担体１４はヒータリレー２２
に電気的に接続されており、このヒータリレー２２は電
子制御ユニット（ＥＣＵ２１）からの指令信号によって
ＯＮ／ＯＦＦ制御され、これにより焼結メタル１４から
なるヒータがＯＮ／ＯＦＦ制御される。

【００２９】また、ＳＯｘトラップ剤１５の触媒床温度
を測定するため、入ガス温センサ２３および出ガス温セ
ンサ２４をブローバイガス通路３に取り付ける。この入
ガス温センサ２３と出ガス温センサ２４は、Ｓトラップ
１１の入口近傍と出口近傍に配置される。そして、Ｓト
ラップ１１に流入する排気ガスの温度、あるいはＳトラ
ップ１１から流出する排気ガスの温度に対応した出力信
号をＥＣＵ２１に出力する。これら入ガス温センサ２３
と出ガス温センサ２４の出力信号に基づいて、ＥＣＵ２
１はＳＯｘトラップ剤１５の触媒床温度を演算する。

【００３０】あるいは、Ｓトラップ１１の入口近傍に、
入ガス温センサ２３のみを取り付けてもよい。そして、
Ｓトラップ１１に流入するブローバイガス９の温度に対
応した出力信号をＥＣＵ２１に出力する。これは、この
入ガス温センサ２３で検出されるブローバイガス温度
は、ＳＯｘトラップ剤１５の触媒床温度にほぼ等しく、
ＳＯｘトラップ剤１５の触媒床温度の代用とすることも
できるからである。

【００３１】Ｓ被毒回復処理が完了した直後において
は、ＳＯｘトラップ剤１５の触媒床温度が極めて高いた
め、トラップ性能が低くなる。そこで、Ｓ被毒回復処理
制御が終了した後、つまり、Ｓトラップ１１の通電をOF
Fにした後、ＳＯｘトラップ剤１５の触媒床温度をトラ
ップ性能の高い温度まで素早く冷却する冷却手段を備え
る。冷却手段は、空冷式であってもよいし、水冷式であ
ってもよい。

【００３２】本実施形態において、排気触媒１２は、デ
ィーゼルエンジン１の排気ガスに含まれる粒子状物質
（ＰＭ）、ＮＯｘ、ＳＯｘ、ＨＣ、ＣＯを一つの触媒で
同時に低減することができるＤＰＮＲ触媒１２とする。
ＤＰＮＲ触媒１２は、多孔質セラミック構造体からなる
パティキュレートフィルタに吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担
持したものである。

【００３３】還元剤供給装置１３は、パティキュレート
フィルタの上流側の排気通路４に還元剤を供給して、Ｎ
Ｏｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチにする。

【００３４】本実施形態ではディーゼルエンジン１に適
用しているため、還元剤としてディーゼルエンジン１の
燃料が使用される。また、この還元剤供給装置１３は、
機関燃料系統から供給された燃料を排気通路４内に霧状
に噴射するノズルを備える。

【００３５】パティキュレートフィルタと還元剤供給装
置１３との間の排気通路４には、排気温センサ２５が配
置される。この排気温センサ２５からの検出信号は、電
子制御ユニット（ＥＣＵ２１）に入力される。このＥＣ
Ｕ２１は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダム
アクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、
入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディ
ジタルコンピュータからなる。そして、燃料噴射量制御
等のエンジンの基本制御を実行するほかに、Ｓトラップ
１１の回復処理、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の再生、パティ
キュレートの燃焼、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳ被毒回復
処理等の制御も実行する。

【００３６】また図示しないが、排気通路４を開閉する
排気絞り弁、およびこの絞り弁を開閉駆動するアクチュ
エータが、排気通路４に配置される。この吸気絞り弁
は、通常時は全開とされており、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
の再生を行う際に閉弁され、内燃機関の吸入空気量を絞
りＤＰＮＲ触媒１２に流入する排気流量を低減する。こ
れにより、排気中の酸素を消費するので、ＤＰＮＲ触媒
１２雰囲気の酸素濃度を低下させるために必要な還元剤
の量は低減される。アクチュエータは吸気絞り弁を駆動
するソレノイド、あるいは負圧アクチュエータ等の適宜
な形式のものであればよい。

【００３７】本実施形態では、ディーゼルエンジン１を
適用しているため、通常時の排気の空燃比はリーンであ
り、ＤＰＮＲ触媒１２は排気中のＮＯｘを吸蔵する。
また、還元剤が、還元剤供給装置１３からパティキュレ
ートフィルタの上流側の排気通路４に供給されて、流入
排気の空燃比がリッチになると、ＤＰＮＲ触媒１２は吸
蔵したＮＯｘを放出する。

【００３８】ここで、ＮＯｘ吸放出作用について、図３
を参照して説明する。この吸放出作用の詳細なメカニズ
ムについては明らかでない部分もあるが、以下に示され
るようなメカニズムで行われていると考えられる。本実
施形態では、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、その他の貴金属、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。

【００３９】ＤＰＮＲ触媒１２に流入する排気ガスが、
かなりリーンになると排気ガス中の酸素濃度が大幅に増
大する。そして、図３（Ａ）に示されるように、これら
酸素Ｏ₂ はO₂ーまたはO²ーの形で白金Ｐｔの表面に付着す
る。一方では、排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上で
O₂ーまたはO²ーと反応し、ＮＯ₂ となる（２ＮＯ＋Ｏ₂→
２ＮＯ₂ ）。次いで生成されたＮＯ₂ の一部は、白金Ｐ
ｔ上で更に酸化されつつＤＰＮＲ触媒１２内に吸蔵され
て、酸化バリウムＢａＯと結合する。そして、図３
（Ａ）に示されるように、硝酸イオンＮＯ₃ーの形でＤＰ
ＮＲ触媒１２内に拡散する。このようにして、ＮＯｘ
がＤＰＮＲ触媒１２内に吸蔵される。

【００４０】ＤＰＮＲ触媒１２に流入する排気ガス中の
酸素濃度が高い限り、白金Ｐｔの表面でＮＯ₂ が生成さ
れる。そして、ＤＰＮＲ触媒１２のＮＯｘ吸蔵能力が
飽和しない限り、ＮＯ₂ はＤＰＮＲ触媒１２内に吸蔵さ
れて、硝酸イオンＮＯ₃ーが生成される。

【００４１】これに対して、ＤＰＮＲ触媒１２に流入す
る排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ₂ の生成量が低
下した場合、反応が逆方向（ＮＯ₃ー→ＮＯ₂ ）に進む。
こうして、ＤＰＮＲ触媒１２内の硝酸イオンＮＯ₃ーがＮ
Ｏ₂ の形でＤＰＮＲ触媒１２から放出される。すなわ
ち、ＤＰＮＲ触媒１２に流入する排気ガス中の酸素濃度
が低下すると、ＤＰＮＲ触媒１２からＮＯｘが放出さ
れることになる。流入する排気ガスのリーンの度合いが
低くなれば、排気ガス中の酸素濃度は低下する。従っ
て、ＤＰＮＲ触媒１２に流入する排気ガスのリーンの度
合いを低くすれば、ＤＰＮＲ触媒１２からＮＯｘが放
出されることになる。

【００４２】一方、このときＤＰＮＲ触媒１２に流入す
る排気ガスの空燃比をリッチにすると、ＨＣ，ＣＯは白
金Ｐｔ上の酸素O₂ーまたはO²ーと反応して酸化される。ま
た、排気ガスの空燃比をリッチにすると、排気ガス中の
酸素濃度が極度に低下するために、ＤＰＮＲ触媒１２か
らＮＯ₂ が放出される。このＮＯ₂ は、図３（Ｂ）に示
されるように、未燃焼のＨＣ，ＣＯと反応して還元浄化
される。このようにして、白金Ｐｔの表面上にＮＯ₂ が
存在しなくなると、ＤＰＮＲ触媒１２から次々とＮＯ₂
が放出される。従って、ＤＰＮＲ触媒１２に流入する排
気ガスの空燃比をリッチにすると、短時間でＮＯｘがＤ
ＰＮＲ触媒１２から放出されて、還元浄化される。

【００４３】尚、ここでいうＤＰＮＲ触媒１２に流入す
る排気ガスの空燃比とは、ＤＰＮＲ触媒１２上流側の排
気通路４と燃焼室または吸気通路２に、供給された空気
と燃料との比率をいう。従って、排気通路４に空気や還
元剤が供給されていないときには、排気空燃比は運転空
燃比（燃焼室内の燃焼空燃比）に等しくなる。また、本
発明に使用される還元剤としては、排気中で炭化水素や
一酸化炭素等の還元成分を発生するものであれば良い。
つまり、水素、一酸化炭素等の気体、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、
軽油、灯油等の液体燃料等が使用できる。本実施形態で
は、貯蔵、補給等の際の煩雑さを避けるため前述のよう
にディーゼルエンジン１の燃料である軽油を還元剤とし
て使用する。

【００４４】次に、ＤＰＮＲ触媒１２のＳ被毒のメカニ
ズムについて説明する。ＤＰＮＲ触媒１２に流入する排
気ガス中にＳＯｘ成分が含まれている場合、ＤＰＮＲ
触媒１２は上述のＮＯｘの吸蔵と同じメカニズムで排
気中のＳＯｘを吸蔵する。すなわち、ＤＰＮＲ触媒１
２に流入する排気の空燃比がリーンのとき、排気中のＳ
Ｏｘ（例えばＳＯ₂ ）は白金Ｐｔ上で酸化されてＳＯ³
ー、ＳＯ⁴ーとなる。そして、酸化バリウムＢａＯと結合
して、ＢａＳＯ₄ を生成する。ＢａＳＯ₄ は比較的安定
であり、また、結晶が粗大化しやすいため、一旦生成さ
れると分解、放出されにくい。このため、ＤＰＮＲ触媒
１２中のＢａＳＯ₄ の生成量が増大すると、ＮＯｘの
吸蔵に関与できるＢａＯの量が減少してしまうので、Ｎ
Ｏｘの吸蔵能力が低下する。このＳ被毒を回復するた
めには、ＤＰＮＲ触媒１２中に生成されたＢａＳＯ₄ を
高温で分解するとともに、これにより生成されたＳＯ
³ー、ＳＯ ⁴ーの硫酸イオンをリッチ雰囲気下で還元し、気
体状のＳＯ₂ に転換して、ＤＰＮＲ触媒１２から放出さ
せる必要がある。

【００４５】従って、ＳＯｘ被毒を回復するために
は、ＤＰＮＲ触媒１２を高温かつリッチ雰囲気の状態に
することが必要である。

【００４６】ここで、排気触媒のＳ被毒回復処理につい
て説明する。Ｓ被毒回復処理は、排気触媒に流入する排
気ガスの空燃比をリッチにすることができれば、その構
成は特に限定されるものではない。本実施形態では、排
気触媒１２としてＤＰＮＲ触媒１２を利用しているの
で、排気通路４中に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したパ
ティキュレートフィルタを配置し、パティキュレートフ
ィルタに捕集された粒子状物質（ＰＭ：Particulate Ma
tter）の燃焼後、絞り弁が閉弁され、還元供給装置から
パティキュレートフィルタに還元剤が供給される。そし
て、粒子状物質燃焼時に発生する熱により、吸蔵還元型
ＮＯｘ触媒は高温になっているため、吸蔵還元型ＮＯｘ
触媒は高温且つリッチ雰囲気下におかれる。このように
して、Ｓ被毒を速やかに回復する。

【００４７】尚、パティキュレートフィルタは、多孔質
セラミックで形成される。パティキュレートフィルタ内
には、上流側に栓が施された第１通路と下流側に栓が施
された第２通路とが交互に配置され、ハニカム状をなし
ている。排気ガスが上流側から下流側に向かって流れる
と、排気ガスは第２通路から多孔質セラミックの流路壁
面を通過して第１通路に流入し、下流側に流れる。この
とき、排気ガス中の粒子状物質は多孔質セラミックによ
って捕集されるため、粒子状物質の大気への放出は防止
される。

【００４８】次に図４および図５を参照にして、本実施
形態の制御システムについて説明する。図４はＳトラッ
プのＳ被毒回復処理の制御ルーチンを示すフローチャー
トである。本ルーチンはＥＣＵ２１により一定時間毎の
割込みによって実行される。

【００４９】まず、ステップ１１０で排気触媒１２であ
る吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳ被毒回復処理制御を開始す
るか否かを判断する。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳ被毒回
復処理制御の開始条件は、例えば、減速時であり、ＮＯ
ｘ触媒が活性化温度以上であり、かつ前回再生を実行し
てから所定時間以上経過していること等である。

【００５０】吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳ被毒回復処理制
御を開始すべきでないと判断した場合、メインプログラ
ムに戻る。

【００５１】一方、ステップ１１０において、排気触媒
１２である吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳ被毒回復処理制御
を開始すると判断した場合、ステップ１２０に進み、Ｓ
トラップのＳ被毒回復処理制御を開始する。吸蔵還元型
ＮＯｘ触媒のＳ被毒回復処理時に、ＳトラップのＳ被毒
回復処理を実行することにより、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
のＳ再被毒が抑制される。

【００５２】次にステップ１３０において、エンジン出
ガスから放出される硫黄分がＮＯｘ触媒に吸蔵されない
条件が成立しているか否かを判断する。このステップで
は、Ｓ被毒を回復するために必要な条件、つまり吸蔵還
元型ＮＯｘ触媒が高温かつリッチ雰囲気の状態であるか
否かを判断する。本実施形態では、この条件をＮＯｘ触
媒の床温が６００℃以上であり、且つ吸入排気ガスの空
燃比が１４．５以下とする。

【００５３】この条件を満した場合、つまり、吸蔵還元
型ＮＯｘ触媒が高温かつリッチ雰囲気の状態であると判
断した場合、ステップ１４０に進む。そして、ブローバ
イガス通路３に配置されたＳトラップ１１に通電を行
い、Ｓトラップ１１中のＳＯｘトラップ剤１５を加熱す
る。そして、ＳＯｘトラップ剤１５の温度を６００℃か
ら６５０℃になるように、電力を制御する。

【００５４】一方、上記条件が満たされなかった場合、
つまり、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が高温かつリッチ雰囲気
の状態ではないと判断した場合、メインプログラムに戻
る。

【００５５】次にステップ１５０に進み、Ｓトラップ１
１の被毒回復処理制御を終了するか否かを判断する。

【００５６】この条件を満した場合、ステップ１６０に
進み、Ｓトラップ１１の通電をＯＦＦにして、ＳＯｘト
ラップ剤１５の加熱を終了する。そして、メインプログ
ラムに戻る。

【００５７】一方、この条件が満たされなかった場合、
ステップ１７０に進む。そして、Ｓトラップ１１に通電
を行い、ＳＯｘトラップ剤１５を加熱した時間が所定時
間以上であるか否かを判断する。つまり、ＳＯｘトラッ
プ剤１５に吸蔵された硫黄分が、ＳＯｘトラップ剤１５
から放出されたか否かを判断する。

【００５８】この条件を満たした場合、ステップ１６０
に進み、Ｓトラップ１１の通電をＯＦＦにして、ＳＯｘ
トラップ剤１５の加熱を終了する。そして、メインプロ
グラムに戻る。

【００５９】一方、この条件が満たされなかった場合、
ステップ１３０に戻り、エンジン出ガスから放出される
硫黄分がＮＯｘ触媒に吸蔵されない条件が成立している
か否かを再度判断する。そして、上記ステップを繰り返
す。

【００６０】次に図５を参照にしながら、本実施形態の
冷却手段の制御について説明する。図５は冷却手段の制
御ルーチンを示すフローチャートである。

【００６１】まず、ステップ２１０で、ＳトラップのＳ
被毒回復処理制御が終了したか否かを判断する。

【００６２】ＳトラップのＳ被毒回復処理が終了した直
後は、ＳＯｘトラップ剤１５の触媒床温度が高く、トラ
ップ性能が低い。そこで、ＳトラップのＳ被毒回復処理
制御が終了した後、ＳＯｘトラップ剤１５の触媒床温度
をトラップ性能の高い温度まで素早く冷却する。

【００６３】まず、ステップ２１０において、Ｓトラッ
プのＳ被毒回復処理制御が終了したか否かが判断され
る。この条件は、Ｓトラップ１１の通電がＯＦＦになっ
たこととしてもよい。その場合、ＳトラップのＳ被毒回
復回復処理の制御ルーチンが終了した後、本ルーチンを
実行する。

【００６４】ＳトラップのＳ被毒回復処理制御は終了し
ていないと判定した場合、メインプログラムに戻る。

【００６５】一方、ステップ２１０において、Ｓトラッ
プのＳ被毒回復処理制御が終了したと判断した場合、ス
テップ２２０に進み、Ｓトラップ１１の冷却手段の制御
を開始する。

【００６６】次にステップ２３０に進み、Ｓトラップ１
１の冷却手段の制御を終了するか否かを判断する。

【００６７】この条件を満した場合、ステップ２４０に
進み、Ｓトラップ１１の冷却手段の制御を終了して、Ｓ
トラップ１１の冷却を終了する。そして、メインプログ
ラムに戻る。

【００６８】一方、この条件を満たさなかった場合、ス
テップ２５０に進む。そして、ＳＯｘトラップ剤１５を
冷却した時間が所定時間以上であるか否かを判断する。
つまり、ＳＯｘトラップ剤１５の触媒床温度がトラップ
性能の高い温度まで下がったか否かを判定する。

【００６９】この条件を満たした場合、ステップ２４０
に進み、Ｓトラップ１１の冷却手段の制御を終了して、
Ｓトラップ１１（ＳＯｘトラップ剤１５）の冷却を終了
する。そして、メインプログラムに戻る。

【００７０】一方、この条件を満たさなかった場合、ス
テップ２３０に戻り、Ｓトラップ１１の冷却手段の制御
を終了するか否かを再度判断する。そして、上記ステッ
プを繰り返す。

【００７１】なお、本実施形態によれば、ＳＯｘトラッ
プ剤は、ブローバイガス中の硫黄分を捕捉するため、排
気触媒に堆積するアッシュを低減できる。さらに、ＳＯ
ｘトラップ剤は、ブローバイガス中の硫黄分のみでな
く、リン分も捕集できるため、リン被着による触媒の酸
化活性の低下を抑制する。

【００７２】

【発明の効果】以上詳述したことから明らかなように、
本発明に係る排気浄化装置を備えた内燃機関は、ＳＯｘ
トラップ剤によってブローバイガス中の硫黄分をトラッ
プする。その結果、排気通路中の触媒のＳ被毒を抑制す
ることができ、Ｓ被毒回復処理を行う頻度を大幅に減少
できるという優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の示す内燃機関の概略構造図。

【図２】Ｓトラップの拡大図。

【図３】吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸放出作用のメ
カニズムを示す図。

【図４】ＳトラップのＳ被毒回復処理の制御ルーチンを
示すフローチャート。

【図５】Ｓトラップの冷却手段の制御ルーチンを示すフ
ローチャート。

【符号の説明】１…車両用ディーゼルエンジン２…吸気通路３…ブローバイガス通路４…排気通路５…ピストン・クランク機構６…弁機構７…シリンダブロック８…クランクケース９…ブローバイガス１１…Ｓトラップ１２…ＤＰＮＲ触媒１３…還元剤供給装置１４…焼結メタル１５…ＳＯｘトラップ剤２１…ＥＣＵ２２…ヒータリレー２３…入ガス温センサ２４…出ガス温センサ２５…排気温センサ

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｆ０２Ｂ 51/02 3/28 ３０１Ｆ０２Ｍ 35/10 ３０１ＴＦ０２Ｂ 51/02 31/12 ３０１ＰＦ０２Ｍ 31/135 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０１Ａ 35/10 Ｄ (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)発明者大羽孝宏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Ｆターム(参考） 3G015 BD01 BD12 BD23 CA05 CA16 EA05 EA26 FB06 FC01 3G091 AA02 AA17 AA18 AA28 AB06 BA00 BA11 BA14 BA32 BA33 CA18 CA19 CB02 CB03 CB07 CB08 DA01 DA02 DB10 EA17 FB10 FB12 GA06 GA20 GA23 GA24 GB03W GB05W GB06W HA36 HB09 4D048 AA06 AB02 BC01 CC51

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関のブローバイガスをクランクケー
スから吸気系に再循環させるブローバイガス通路と、排
気通路中に排気触媒とを有する内燃機関において、前記ブローバイガス中の硫黄成分をトラップするＳＯｘ
トラップ剤を前記ブローバイガス通路中に備えることを
特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記内燃機関はディーゼルエンジンである
と共に、前記排気触媒はＮＯｘ触媒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ＳＯｘトラップ剤を加熱する加熱手段
を備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の
排気浄化装置。
【請求項４】前記加熱手段は、排気ガスの空燃比が理論
空燃比又はその近傍であるストイキあるいは理論空燃比
より過濃であるリッチのとき、前記ＳＯｘトラップ剤を
加熱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ＳＯｘトラップ剤を冷却する冷却手段
を備え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。