JP2006274913A

JP2006274913A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2006274913A
Application number: JP2005094558A
Authority: JP
Inventors: 嘉則 ▲高▼橋; Yoshinori Takahashi; Sei Kawatani; 聖川谷; Nobuhiro Kondo; 暢宏近藤; Hitoshi Yokomura; 仁志横村; Shojiro Kotooka; 正二郎琴岡
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】ＮＯｘ吸蔵触媒内に堆積したＳＯｘを確実に放出することができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路に介装されており、内部に複数の流路が並設され、且つ、各流路内の排気流れを直列方向に組み合わせるとともに、リーン運転時に排気中のＮＯｘを吸蔵してリッチ運転時に吸蔵されたＮＯｘを放出還元するＮＯｘ吸蔵触媒と、ＮＯｘ吸蔵触媒に配設され、直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの方向を逆転可能に切り換える切換弁と、直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの両端箇所に対するＳＯｘの堆積量を推定するＳＯｘ堆積量推定手段と(S303)、リッチスパイク時であって所定高温にまで昇温されたＳパージ運転時には、両端箇所の推定されたＳＯｘの堆積量のうち、いずれか多い方の箇所が下流側となるように切換弁を作動させる切換弁制御手段とを具備する(S305,306)。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘをリッチスパイクによって放出還元させる内燃機関に好適な排気浄化装置に関する。

この種の排気浄化装置は、気筒内に対して行われる燃焼の改善のみでは対応困難な問題を解決する。しかし、その構造の大型化は避けなければならず、この排気浄化装置の内部を分割させた技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
詳しくは、当該排気浄化装置は、並列に区分された第１から第３までの３つの構造体を備え、これら第１から第３の各構造体内には、ＮＯｘ吸蔵剤、酸化触媒（三元触媒）等がそれぞれ備えられている。これにより、ＮＯｘの吸蔵や放出、ＨＣ及びＣＯの浄化等の各機能が発揮されるとともに、構造のコンパクト化が図られる。しかしながら、ＮＯｘ吸蔵剤にはＳＯｘも吸蔵され（Ｓ被毒と呼ばれる）、そのＳＯｘの放出も必要となる。
特開２００２−８９２５１号公報

ところで、上記特許文献１に記載の排気浄化装置には、第１から第３の各構造体内の総てをＮＯｘ吸蔵触媒とする構成についても開示されている。また、この排気浄化装置は、機関から排出された排気の流れ方向を第１から第３の構造体の順に流す場合と、逆に第３から第１の構造体の順に流す場合と、第１から第３の各構造体に同方向の排気の流れを形成させる場合とに切り換え可能な切換弁を具備する。そして、定常時には切換弁を中立位置に保持して第１から第３の各構造体に同方向の排気の流れを形成させ、リーン運転時に排気中のＮＯｘを吸蔵してリッチ運転時に吸蔵されたＮＯｘを放出還元させている。

一方、上記定常時から軽負荷時に移行して排気温度が低くなった場合には、上記中立位置での保持が解除され、第１から第３の構造体の順に向かう排気の流れと、第３から第１の構造体の順に向かう排気の流れとを交互に形成させる。中立位置にて低くなった各構造体の前段部分を昇温させ、失活を防止するためである。
すなわち、上記特許文献１に記載の排気浄化装置では、各構造体の前段部分を活性させるために排気の流れ方向を切り換える点については考慮されているが、リッチスパイク時における排気の流れ方向の切り換えについては格別の配慮がなされていない。

また、ＮＯｘ吸蔵触媒には燃料中のイオウ成分（ＳＯｘ）の酸化によってＳＯｘも堆積され、このＳＯｘを放出すべくリッチスパイク時にＳパージを実施する必要が生ずるが、触媒内におけるＳＯｘの堆積分布は均一ではない点にも留意しなければならない。具体的には、ガスが多く流れた上流側に多く分布する。つまり、Ｓパージが不十分であると、ガス上流から放出されたはずのＳＯｘがこの触媒内（中心、下流側）に再び堆積し得ることが懸念される。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、ＮＯｘ吸蔵触媒内に堆積したＳＯｘを確実に放出することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に介装されており、内部に複数の流路が並設され、且つ、各流路内の排気流れを直列方向に組み合わせるとともに、リーン運転時に排気中のＮＯｘを吸蔵してリッチ運転時に吸蔵されたＮＯｘを放出還元するＮＯｘ吸蔵触媒と、ＮＯｘ吸蔵触媒に配設され、直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの方向を逆転可能に切り換える切換弁と、直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの両端箇所に対するＳＯｘの堆積量を推定するＳＯｘ堆積量推定手段と、リッチスパイク時であって所定高温にまで昇温されたＳパージ運転時には、両端箇所の推定されたＳＯｘの堆積量のうち、いずれか多い方の箇所が下流側となるように切換弁を作動させる切換弁制御手段とを具備したことを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、ＳＯｘ堆積量推定手段は、総燃料流量及び燃料中のＳ濃度に基づいてＳＯｘの堆積量を演算する一方、両端箇所に対するＳ濃度に基づいてＳＯｘの放出量を演算し、演算されたＳＯｘの堆積量及び演算されたＳＯｘの放出量に基づいて両端箇所に対するＳＯｘの堆積量を推定していることを特徴としている。

従って、請求項１記載の本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、リッチスパイク時には吸蔵されたＮＯｘを放出還元すべくＮＯｘ吸蔵触媒に還元剤が供給され、更に、堆積されたＳＯｘを放出すべく上記還元剤と触媒内の酸素とを反応させてＮＯｘ吸蔵触媒を昇温させるが、切換弁制御手段は、この一連のリッチ操作に際し、ＳＯｘの堆積量の多い方の箇所が下流側となるように切換弁を作動させている。よって、ＮＯｘ吸蔵触媒内に堆積したＳＯｘは、この触媒内に留まることなく触媒内から確実に放出され、触媒の性能回復が図られる。

この結果、ＮＯｘ吸蔵触媒の昇温化を図る頻度が確実に少なくなり、還元剤の添加量も低減され、リッチスパイク時の燃費低減が図られる。
また、請求項２記載の発明によれば、ＳＯｘ堆積量の推定精度が向上し、ＳＯｘは触媒内からより一層確実に放出可能となる。

以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明に係る排気浄化装置が適用されるディーゼル機関（以下、エンジンという）２を示す。同図に示されるように、エンジン２の各気筒４には燃料噴射装置を有した燃料供給系６が配設されている。この気筒４には、吸気弁８の開弁により燃焼室１０に新気を導入させる吸気通路１２と、排気弁１４の開弁により燃焼室１０からの排気を導出させる排気通路１６とが接続されている。

吸気通路１２の上流側には過給機１８が介装され、この吸気通路１２の先端部には図示しないエアクリーナが接続されている。また、吸気通路１２の適宜位置にはインタークーラ２０が介装され、更に、この吸気通路１２の流路面積を調節する給気スロットル２２が配設されている。
一方、排気通路１６の下流側の適宜位置には後述するＮＯｘ吸蔵触媒５０が介装されている。このＮＯｘ吸蔵触媒５０は、排気空燃比がストイキオよりも希薄（リーン）状態のときに排気中のＮＯｘを吸蔵するのに対し、排気空燃比が過濃（リッチ）状態にて排気中に還元剤としての未燃燃料（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が存在するときに、吸蔵したＮＯｘの放出還元を行う。なお、ＮＯｘ吸蔵触媒５０の機能については公知である。

また、排気通路１６からはＥＧＲ通路２４が分岐して延び、ＥＧＲ通路２４の先端は吸気通路１２に接続され、このＥＧＲ通路２４には、ＥＧＲクーラ２６や電子コントロールユニット（ＥＣＵ）６０に電気的に接続されたＥＧＲバルブ２８が設けられている。
エアクリーナからの新気は、過給機１８を介して吸気通路１２に入ってインタークーラ２０に達し、給気スロットル２２で調整された後、各気筒４の燃焼室１０内に導かれる。そして、燃料供給系６から供給される燃料の燃焼により、クランク軸３０及びフライホイール３２を作動させる。燃焼が終了すると、排気は排気通路１６に排出され、ＮＯｘ吸蔵触媒５０に導入される。

本実施形態のＮＯｘ吸蔵触媒５０は、排気通路１６から導入された排気の流れの方向を逆転可能に構成されている。
具体的には、図２に示されるように、ＮＯｘ吸蔵触媒５０は円筒状の触媒本体５００を備え、この触媒本体５００の内部は３つの流路５０１，５０２，５０３が区画されている。より詳しくは、第１の流路５０１及び第３の流路５０３は触媒本体５００の長手軸方向に沿って筒状に延び（同図（ａ））、これら流路５０１及び流路５０３は触媒本体５００の外周縁に沿ってこの縁の内側に形成されており、触媒本体５００の直径部分を境にして上側には流路５０１が（同図（ｂ））、下側には流路５０３が（同図（ｃ））それぞれ配設されている。

第２の流路５０２は流路５０１及び流路５０３の内側に配設され、触媒本体５００の長手軸方向に沿って筒状に延びており、これら流路５０１、流路５０２及び流路５０３は並設されている（同図（ａ））。また、これら流路５０１、流路５０２及び流路５０３は同じ断面積を有し、酸素ストレージ剤も均等に有している。
触媒本体５００の中心軸部分、つまり、流路５０２の中央部分には、上記長手軸方向に沿って筒状のロッド支持部５０４が配設されており、ロッド支持部５０４内にはロッド５０６が貫挿されている。このロッド５０６の両端部分は触媒本体５００の両端面からそれぞれ突出し、ロッド５０６の一端側には係止部５１４を介して流入方向切換弁（切換弁）５０８が固定され、ロッド５０６の他端側にも係止部５１６を介して流入方向切換弁（切換弁）５１８が固定されている。更に、このロッド５０６の他端側は継手５２４を介して駆動軸５２６に連結され、駆動軸５２６はＥＣＵ６０からの指示信号に応じて回転される。つまり、ＥＣＵ６０からオン信号が出力されると、この駆動軸５２６の回転がロッド５０６に伝達され、各流入方向切換弁５０８，５１８もロッド５０６と同方向に回転される。

この流入方向切換弁５０８は、同図（ｂ）に示されるように、触媒本体５００の直径を基準とした半円状の蓋部５１０と、流路５０２の直径を基準とした半円状の蓋部５１１とから構成され、蓋部５１０と蓋部５１１とは一体に形成されている。そして、流入方向切換弁５０８はロッド５０６の回転に応じて、流路５０２及び流路５０３（同図（ｂ））、或いは流路５０１及び流路５０２のいずれかを覆う。また、蓋部５１０及び蓋部５１１と触媒本体５００の一端面側との間には通路５１２が形成されている（同図（ａ））。

これに対し、流入方向切換弁５１８もまた、同図（ｃ）に示されるように、触媒本体５００の直径を基準とした半円状の蓋部５２０と、流路５０２の直径を基準とした半円状の蓋部５２１とから構成され、蓋部５２０と蓋部５２１とが一体に形成されている。そして、流入方向切換弁５１８はロッド５０６の回転に応じて、流路５０１及び流路５０２（同図（ｃ））、或いは流路５０２及び流路５０３のいずれかを覆う。また、蓋部５２０及び蓋部５２１と触媒本体５００の他端面側との間にも通路５２２が形成されている（同図（ａ））。

ところで、これら流入方向切換弁５０８と流入方向切換弁５１８とは逆位相の向きに配置されている。詳しくは、同図（ａ）に示されるように、流入方向切換弁５０８が流路５０２及び流路５０３（同図（ｂ））を覆う位置では、流入方向切換弁５１８は流路５０１及び流路５０２（同図（ｃ））を覆う位置に設けられている。この結果、流入方向切換弁５０８が流路５０２及び流路５０３の上流側を覆う場合には、流入方向切換弁５１８は流路５０１の下流側及び流路５０２を覆い、流路５０１が流路５０２よりも上流側に位置するとともに、この流路５０２が流路５０３よりも上流側に位置する。

一方、流入方向切換弁５０８が流路５０１の上流側及び流路５０２を覆う場合には、流入方向切換弁５１８は流路５０２及び流路５０３の下流側を覆い、流路５０３が流路５０２よりも上流側に位置するとともに、この流路５０２が流路５０１よりも上流側に位置する。
再び図１に戻ると、本実施形態においては、ＮＯｘ吸蔵触媒５０の上流側の適宜位置に、ＨＣをＮＯｘ吸蔵触媒５０に直接供給する添加インジェクタ４４が配設され、この添加インジェクタ４４は燃料添加ライン４６を介してポンプ４８に接続されている。

また、排気通路１６においてＮＯｘ吸蔵触媒５０の上流側の適宜位置には、出力電圧に基づきＮＯｘ濃度等を検出するＮＯｘセンサ３６や、排気通路１６内の温度を検出する排気温度センサ３８がそれぞれ配設されている。この排気温度センサ３８はＮＯｘ吸蔵触媒５０の上流側の温度も検出可能である。更に、ＮＯｘ吸蔵触媒５０の下流側の適宜位置には、ＮＯｘ濃度等を検出するＮＯｘセンサ４０や、ＮＯｘ吸蔵触媒５０の下流側の温度を検出する触媒温度センサ４２がそれぞれ配設され、これら各センサ３６、３８、４０、４２はＥＣＵ６０に電気的に接続されている。

そして、ＥＣＵ６０の入力側には、上述のＮＯｘセンサ３６、排気温度センサ３８、ＮＯｘセンサ４０、触媒温度センサ４２の他、クランク角センサ３４等のエンジン２の運転状態を検出する各種センサも電気的に接続されている。これに対してＥＣＵ６０の出力側には、上述の燃料供給系６、給気スロットル２２、添加インジェクタ４４及び駆動軸５２６を回転させるアクチュエータやポンプ４８等が電気的に接続されている。

また、ＥＣＵ６０には種々のマップが設けられており、例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒５０の上流側の空気過剰率（還元剤濃度）を求めるマップの他、イオウ成分（ＳＯｘ）放出量マップ等のＳＯｘ堆積量推定に関する各種マップも設けられている。
ここで、上述したＮＯｘ吸蔵触媒５０は酸化雰囲気にて排気中のＮＯｘを吸蔵する一方、ＮＯｘ吸蔵量の増加に伴う触媒の性能低下を抑制すべく、ＮＯｘ吸蔵量が飽和に至る前にリッチ運転へ間欠的に切り換えるリッチスパイクを行ってＮＯｘ吸蔵触媒５０の再生を図る。更に、ＮＯｘ吸蔵触媒５０内に堆積されたＳＯｘは当該リッチスパイク時にも分解されないことから、ＳＯｘ堆積量の増加に伴う触媒の性能低下（Ｓ被毒）を抑制すべく、ＳＯｘ堆積量が飽和に至る前にＳＯｘが脱離する所定高温に昇温させ、堆積したＳＯｘの放出（Ｓパージ）を行ってＮＯｘ吸蔵触媒５０の再生を図る。これらにより排気の浄化が良好に行われる。

具体的には、本実施形態のリッチスパイクは筒外リッチにて行われている。すなわち、各種センサ３６、３８、４０、４２等の信号に応じてリッチスパイクの指示がなされると、排気通路１６に設けられた添加インジェクタ４４を用い、ポンプ４８から圧送されたＨＣを排気中に直接投入してリッチ運転の条件を作り、この条件が成立すればＮＯｘの放出還元を行う。更に、このＨＣと排気中の酸素及びＮＯｘ吸蔵触媒５０内の酸素を反応させて例えば触媒内温度を６５０℃程度にまで昇温させ、且つ、リッチ状態にしてＳパージを実施する。そして、このＳパージの際には流入方向切換弁５０８，５１８を作動させる。

より詳しくは、ＥＣＵ６０はＳ被毒量推定部（ＳＯｘ堆積量推定手段）６２と、切換弁制御部（切換弁制御手段）６４と、Ｓパージ運転監視部６６とを備えている。
このＳ被毒量推定部６２では、上述の各種センサ３６、３８、４０、４２等の信号に応じてリッチスパイクの指示がなされ、更に、触媒温度が約６５０℃程度にまで上昇した後には、流路５０１及び流路５０３に対する現在のＳＯｘの堆積量を推定している。

より具体的には、前回のＳパージ運転終了時点から今回のＳパージ運転開始時点までにおける燃料供給系６からの噴射量及び添加インジェクタ４４からの添加量に基づいて総燃料流量を演算し、この総燃料流量及び燃料中のＳ濃度に基づいてＳ流量を換算し、このＳ流量を積算してＳＯｘ堆積量を演算する。これに対し、今回のＳパージ運転時には、吸入空気量から求められた排気流量、ＥＣＵ６０のマップで読み出された上流側の空気過剰率、排気温度センサ３８からの排気温度、触媒温度センサ４２からの触媒温度及びＮＯｘセンサ３６，４０からの各濃度に基づいてＳＯｘ放出量を上記マップで演算する。そして、上記演算されたＳＯｘ堆積量から上記演算されたＳＯｘ放出量を減算し、各流路５０１及び流路５０３の現在のＳＯｘ堆積量Ｐｉ（ｉ＝１，３）をそれぞれ推定している。その結果は切換弁制御部６４に出力される。

この切換弁制御部６４では、流路５０１或いは流路５０３のうち、推定されたＳＯｘの堆積量の多い方が最下流側となるように、駆動軸５２６を回転させて流入方向切換弁５０８，５１８を作動させる。その結果はＳパージ運転監視部６６に出力される。
そして、このＳパージ運転監視部６６では、流入方向切換弁５０８，５１８の作動時以降における流路５０１，５０２，５０３の温度のうち、いずれかの温度が熱劣化上限温度Ｔ_Uを超えているか否かを監視している。

図３には、上記Ｓ被毒量推定部６２及び切換弁制御部６４による排気流入方向の切り換え制御のフローチャートが示されており、以下、上記のように構成された排気浄化装置の本発明に係る作用について説明する。
同図のステップＳ３０１では、まずリッチスパイク時であるか否かが判別され、筒外リッチ中であると判定された場合、すなわち、ＹＥＳのときにはステップＳ３０２に進み、次に、Ｓパージ運転時であるか否かが判別される。そして、リッチ、且つ、高温であると判定された場合、すなわち、ＹＥＳのときにはステップＳ３０３に進む。一方、ステップＳ３０１にてリッチスパイク時ではない、或いはステップＳ３０２にてＳパージ運転時ではないと判定されたときには一連のルーチンを抜ける。

ステップＳ３０３では、Ｓ被毒量推定部６２にてＳＯｘ堆積量Ｐｉ、つまり、流路５０１の現在のＳＯｘ堆積量Ｐ１及び流路５０３の現在のＳＯｘ堆積量Ｐ３をそれぞれ推定する。
次いで、ステップＳ３０４では、これら推定されたＳＯｘ堆積量Ｐ１とＳＯｘ堆積量Ｐ３とを比較し、ＳＯｘ堆積量Ｐ１が堆積量Ｐ３よりも大きいか否かが判別される。そして、流路５０１のＳＯｘ堆積量Ｐ１の方が大きいと判定された場合、すなわち、ＹＥＳのときにはステップＳ３０５に進み、切換弁制御部６４にて流路５０１（図中（１）と示す）を下流側にする位置、つまり、流入方向切換弁５０８が流路５０１の上流側及び流路５０２を覆うとともに、流入方向切換弁５１８が流路５０２及び流路５０３の下流側を覆う位置に作動されて一連のルーチンを抜ける。よって、この場合には、流路５０３、流路５０２及び流路５０１内の排気流れはこの順序で直列方向に組み合わせられ、排気通路１６からの排気は流路５０３に導入され、次いで、通路５２２を経て流路５０２に導入され、通路５１２を経て最下流側である流路５０１に導入された後、外部に向かうことになる。

これに対し、ステップＳ３０４にて流路５０３のＮＯｘ堆積量Ｐ３の方が大きいと判定されたときにはステップＳ３０６に進み、切換弁制御部６４にて流路５０３（図中（３）と示す）を下流側にする位置、つまり、流入方向切換弁５０８が流路５０２及び流路５０３の上流側を覆うとともに、流入方向切換弁５１８が流路５０１の下流側及び流路５０２を覆う位置にそれぞれ作動されて一連のルーチンを抜ける。よって、この場合には、流路５０１、流路５０２及び流路５０３内の排気流れはこの順序で直列方向に組み合わせられ、排気の流れの方向が上述とは逆転される。換言すれば、まず流路５０１に導入され、通路５２２を経て流路５０２に導入され、次いで、通路５１２を経て最下流側である流路５０３に導入された後、外部に向かうことになる（図２）。

そして、上記Ｓパージ運転はＳパージ運転監視部６６で監視されている。詳しくは、図４に示されるように、同図のステップＳ４０１にてＳパージ運転時であると判定された場合、すなわち、ＹＥＳのときにはステップＳ４０２に進み、流路５０１，５０２，５０３の各温度Ｔｉ（ｉ＝１〜３）を検出する。これら流路５０１，５０３の各温度Ｔ１，Ｔ３は温度センサ３８，４２で検出され、また、流路５０２の温度Ｔ２は図示しない温度センサにて検出される。

次に、ステップＳ４０３では、流路５０１，５０２，５０３の各温度Ｔｉが熱劣化を回避するための上限温度Ｔ_U以下であるか否かが判別され、当該各温度Ｔｉのいずれも上限温度Ｔ_Uを超えていないと判定された場合、すなわち、ＹＥＳのときにはステップＳ４０４に進み、所定期間ｔが経過するまで各温度Ｔｉと上限温度Ｔ_Uとを比較しつつ、Ｓパージ運転を実施する。そして、この所定期間ｔが経過した場合にはステップＳ４０５に進んでＳパージ運転を終了し、一連のルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ４０３にて、流路５０１，５０２，５０３の各温度Ｔｉのうち、いずれかの温度が上限温度Ｔ_Uを超えていると判定された場合にはステップＳ４０６に進み、触媒の熱劣化を防ぐべくリッチ運転を禁止して一連のルーチンを抜ける。
以上のように、本発明によれば、リッチスパイク時には吸蔵されたＮＯｘを放出還元すべくＮＯｘ吸蔵触媒５０に還元剤が供給され、更に、Ｓパージ時には堆積されたＳＯｘを放出すべく還元剤と触媒内の酸素とを反応させてＮＯｘ吸蔵触媒５０を昇温させるが、切換弁制御部６４は、この一連のリッチ操作に際し、流入方向切換弁５０８，５１８を作動させる。

より詳しくは、ＮＯｘ吸蔵触媒の特性は、図５に示されるように、触媒内のＳＯｘ堆積量をみると、入口側が非常に多く、出口側では少なくなるとの極端な右下がりの分布になる（図中、斜線で示す）。これは、ＳＯｘもＮＯｘと同様に入口側で吸蔵され易く、出口側は吸蔵するＳＯｘやＮＯｘがガス中に存在しなくなるからである。
ここで、このＳＯｘ堆積量分布において、従来の如くそのままＳパージ運転が実施された場合には、入口側には高濃度の還元剤が供給され易いことから、この入口側のＳＯｘを十分に放出することができる。しかしながら、このＳパージ運転は運転状態の変動によって不完全になる場合があり、この場合には、入口側から放出されたＳＯｘは出口側に至るまでの間に再び堆積され、触媒の性能回復が困難になるのである。特に、近距離走行用の車両の場合には、エンジン停止が頻繁に実施されると触媒温度のモニタが困難になり、触媒の過昇温防止等によるリッチ運転の禁止条件が成立し易くなってＳパージ運転が不完全になる頻度が高くなる。

これに対し、本発明によれば、Ｓパージ運転時には現在のＳＯｘ堆積量Ｐ１，Ｐ３を推定し、切換弁制御部６４がＳＯｘ堆積量Ｐｉの多い方の流路５０１（或いは５０３）が最下流側となるように流路５０１，５０２，５０３内の排気流れの方向を逆転させ、より多く被毒されている流路５０１（或いは５０３）内のＳＯｘを脱離させる。つまり、ＮＯｘ吸蔵触媒５０内に堆積したＳＯｘは、出口側に至るまでの間に再び堆積される可能性がなく、出口側から触媒の外部に向けて確実に放出されて触媒の性能回復が図られる。更に、触媒内から触媒外に放出されるまでに要する期間も短縮化され、ひいてはＳパージに要する期間を短くすることができる。更にまた、仮にＳパージ運転が不完全になったとしても、触媒内のＳＯｘは触媒外に放出されて必ずパージ効果が得られているので、Ｓパージ終了後に再度Ｓパージが要求されることもない。

この結果、ＮＯｘ吸蔵触媒の昇温化を図る頻度が大幅に少なくなり、還元剤の添加量も低減され、リッチスパイク時の燃費低減が図られる。
また、Ｓ被毒量推定部６２によるＳＯｘ堆積量の推定精度が高くなれば、切換弁制御部６４による流入方向切換弁５０８，５１８の適切な作動がなされ、ＳＯｘを触媒内からより一層確実に放出することができる。

更に、Ｓパージ運転監視部６６では、いずれかの流路５０１，５０２，５０３の温度が熱劣化回避のための上限温度Ｔ_Uを超えたときにはリッチスパイクを禁止することから、ＮＯｘ吸蔵触媒５０の耐久性の向上に寄与する。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。

例えば、上記実施形態では、ＮＯｘ吸蔵触媒５０が３つの流路５０１，５０２，５０３に区画されているが、必ずしもこの形態に限定されるものではない。つまり、任意の複数の流路に区画することができる。
また、上記実施形態では、排気温度センサ３８や触媒温度センサ４２を用いて流路５０１や流路５０３の各温度をそれぞれ検出しているが、この構成に代えて流路５０１の内部に温度センサを設けるとともに、流路５０３の内部にも温度センサを設けてそれぞれ検出しても良い。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用されるエンジンシステム構成図である。ＮＯｘ吸蔵触媒の断面図である。ＥＣＵが実行する排気流入方向の切り換え制御ルーチンを示すフローチャートである。ＥＣＵが実行するＳパージ制御ルーチンを示すフローチャートである。触媒内のＳ濃度分布を説明する図である。

符号の説明

２内燃機関
１６排気通路
５０ＮＯｘ吸蔵触媒
６０ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
６２Ｓ被毒量推定部（ＳＯｘ堆積量推定手段）
６４切換弁制御部（切換弁制御手段）
５０１第１の流路（１）
５０２第２の流路
５０３第３の流路（３）
５０８流入方向切換弁（切換弁）
５１８流入方向切換弁（切換弁）

Claims

内燃機関の排気通路に介装されており、内部に複数の流路が並設され、且つ、該各流路内の排気流れを直列方向に組み合わせるとともに、リーン運転時に排気中のＮＯｘを吸蔵してリッチ運転時に該吸蔵されたＮＯｘを放出還元するＮＯｘ吸蔵触媒と、
該ＮＯｘ吸蔵触媒に配設され、前記直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの方向を逆転可能に切り換える切換弁と、
前記直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの両端箇所に対するＳＯｘの堆積量を推定するＳＯｘ堆積量推定手段と、
リッチスパイク時であって所定高温にまで昇温されたＳパージ運転時には、前記両端箇所の推定されたＳＯｘの堆積量のうち、いずれか多い方の箇所が下流側となるように前記切換弁を作動させる切換弁制御手段と
を具備したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記ＳＯｘ堆積量推定手段は、総燃料流量及び該燃料中のＳ濃度に基づいてＳＯｘの堆積量を演算する一方、前記両端箇所に対するＳ濃度に基づいてＳＯｘの放出量を演算し、前記演算されたＳＯｘの堆積量及び前記演算されたＳＯｘの放出量に基づいて前記両端箇所に対するＳＯｘの堆積量を推定してい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。