JP2008255891A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＮＯx吸蔵触媒から良好にＮＯxを放出させる。
【解決手段】機関排気通路内にＳＯxトラップ触媒１２と、ＮＯx吸蔵触媒１４と、燃料添加弁１５とを配置する。ＮＯx吸蔵触媒１４からＮＯxを放出すべくＮＯx吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにするときには燃焼室２内に追加の燃料を供給すると共に燃料添加弁１５から燃料を添加する。このときＳＯxトラップ触媒１２からＳＯxが放出しない範囲で燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比が最も小さくなるように燃焼室２内への追加燃料量が制御される。
【選択図】図４

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯxを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯxを放出するＮＯx吸蔵触媒を機関排気通路内に配置し、ＮＯx吸蔵触媒上流の機関排気通路内に燃料添加弁を配置し、例えばＮＯx吸蔵触媒を昇温すべきときにはＮＯx吸蔵触媒が最も適切に昇温するように燃焼室内への追加の燃料の供給や燃料添加弁からの燃料の添加等、いくつかの昇温手段を組合せて用いるようにした内燃機関が公知である（特許文献１参照）。
特開２００３−１２０３９２号公報
ところでＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出させるためにＮＯx吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする場合、燃焼室内に追加の燃料を供給することによって排気ガスの空燃比をリッチにする場合の方が燃料添加弁から燃料を添加することによって排気ガスの空燃比をリッチにする場合に比べて排気ガス全体の酸素濃度が低下するためにＮＯx浄化触媒から良好にＮＯxが放出され、還元される。従ってＮＯx浄化触媒からＮＯxを放出させるためには燃焼室内に供給された追加の燃料によって排気ガスの空燃比を小さくさせることが好ましいことになる。
一方、排気ガス中に含まれるＳＯxを捕獲しうるＳＯxトラップ触媒をＮＯx吸蔵触媒の上流に配置した場合にはこのＳＯxトラップ触媒によってＮＯx吸蔵触媒にＳＯxが流入するのが阻止される。このようなＳＯxトラップ触媒を用いた場合にはＳＯxトラップ触媒からＳＯxが放出するのを極力回避する必要があるがＳＯxトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比によってはＳＯxが放出される危険性がある。この場合、ＮＯx吸蔵触媒と同様にＳＯxトラップ触媒でも燃焼室内に追加の燃料が供給された場合の方が燃料添加弁から燃料が添加された場合に比べてＳＯxが放出されやすくなる。
従って、ＮＯx吸蔵触媒からの良好なＮＯx放出作用の確保とＳＯxトラップ触媒からのＳＯx放出阻止とを同時に達成するためにＳＯxトラップ触媒からＳＯxが放出しない範囲で燃焼室から排出される排気ガスの空燃比が最も小さくなるように燃焼室内に追加の燃料を供給すると共に、燃料の不足分を燃料添加弁から添加することが好ましいことになる。
従って本発明によれば、機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＳＯxを捕獲しうるＳＯxトラップ触媒を配置し、ＳＯxトラップ触媒下流の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯxを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯxを放出するＮＯx吸蔵触媒を配置した内燃機関において、ＮＯx吸蔵触媒上流の機関排気通路内に燃料を添加するための燃料添加弁を配置し、ＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出すべくＮＯx吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにするときには燃焼室内に追加の燃料を供給すると共に燃料添加弁から燃料を添加し、このときＳＯxトラップ触媒からＳＯxが放出しない範囲で燃焼室から排出される排気ガスの空燃比が最も小さくなるように燃焼室内への追加燃料量と燃料添加弁からの添加燃料量が制御される。
ＳＯxトラップ触媒からのＳＯxの放出を阻止しつつＮＯx吸蔵触媒から良好にＮＯxを放出させることができる。
図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口はＳＯxトラップ触媒１２の入口に連結される。また、ＳＯxトラップ触媒１２の出口は排気管１３を介してＮＯx吸蔵触媒１４に連結される。排気マニホルド５内には排気マニホルド５内を流れる排気ガス中に燃料を添加するための燃料添加弁１５が配置される。
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１６を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１６内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１７が配置される。また、ＥＧＲ通路１６周りにはＥＧＲ通路１６内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１８内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１９を介してコモンレール２０に連結される。このコモンレール２０内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２１から燃料が供給され、コモンレール２０内に供給された燃料は各燃料供給管１９を介して燃料噴射弁３に供給される。
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（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。ＳＯxトラップ触媒１２にはＳＯxトラップ触媒１２の温度を検出するための温度センサ２２が取付けられ、この温度センサ２２の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、燃料添加弁１５、ＥＧＲ制御弁１７および燃料ポンプ２１に接続される。
まず初めに図１に示されるＮＯx吸蔵触媒１４について説明すると、このＮＯx吸蔵触媒１４の基体上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図２はこの触媒担体４５の表面部分の断面を図解的に示している。図２に示されるように触媒担体４５の表面上には貴金属触媒４６が分散して担持されており、更に触媒担体４５の表面上にはＮＯx吸収剤４７の層が形成されている。
本発明による実施例では貴金属触媒４６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯx吸収剤４７を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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が用いられている。
機関吸気通路、燃焼室２およびＮＯx吸蔵触媒１４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）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯx吸収剤４７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯxを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出するＮＯxの吸放出作用を行う。
即ち、ＮＯx吸収剤４７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図２に示されるように白金Ｐｔ４６上において酸化されてＮＯ2となり、次いでＮＯx吸収剤４７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ＮＯx吸収剤４７内に拡散する。このようにしてＮＯxがＮＯx吸収剤４７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ４６の表面でＮＯ2が生成され、ＮＯx吸収剤４７のＮＯx吸収能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯx吸収剤４７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3 -が生成される。
これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ或いは理論空燃比にされると排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ3 -→ＮＯ2）に進み、斯くしてＮＯx吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ3 -がＮＯ2の形でＮＯx吸収剤４７から放出される。次いで放出されたＮＯxは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。
このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯxがＮＯx吸収剤４７内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯx吸収剤４７のＮＯx吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯx吸収剤４７によりＮＯxを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施例ではＮＯx吸収剤４７の吸収能力が飽和する前に燃焼室２内に追加の燃料を供給すると共に燃料添加弁１５から燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯx吸収剤４７からＮＯxを放出させるようにしている。
ところで排気ガス中にはＳＯx、即ちＳＯ2が含まれており、このＳＯ2がＮＯx吸蔵触媒１４に流入するとこのＳＯ2は白金Ｐｔ４６において酸化されてＳＯ3となる。次いでこのＳＯ3はＮＯx吸収剤４７内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ4 2-の形でＮＯx吸収剤４７内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ4を生成する。しかしながらＮＯx吸収剤４７が強い塩基性を有するためにこの硫酸塩ＢａＳＯ4は安定していて分解しづらく、排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ4は分解されずにそのまま残る。従ってＮＯx吸収剤４７内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ4が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれてＮＯx吸収剤４７が吸収しうるＮＯx量が低下することになる。
ところでこの場合、ＮＯx吸蔵触媒１４の温度を６００℃以上のＳＯx放出温度まで上昇させた状態でＮＯx吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯx吸収剤４７からＳＯxが放出される。ただし、この場合ＮＯx吸収剤４７からは少しずつしかＳＯxが放出されない。従ってＮＯx吸収剤４７から全ての吸収ＳＯxを放出させるには長時間に亘って空燃比をリッチにしなければならず、斯くして多量の燃料或いは還元剤が必要になるという問題がある。
そこで本発明ではＮＯx吸蔵触媒１４の上流にＳＯxトラップ触媒１２を配置してこのＳＯxトラップ触媒１２により排気ガス中に含まれるＳＯxを捕獲し、それによってＮＯx吸蔵触媒１４にＳＯxが流入しないようにしている。次にこのＳＯxトラップ触媒１２について説明する。
このＳＯxトラップ触媒１２は例えばハニカム構造のモノリス触媒からなり、ＳＯxトラップ触媒１２の軸線方向にまっすぐに延びる多数の排気ガス流通孔を有する。図３はこのＳＯxトラップ触媒１２の基体５０の表面部分の断面を図解的に示している。図３に示されるように基体５０の表面上にはコート層５１が形成されており、このコート層５１の表面上には貴金属触媒５２が分散して担持されている。
本発明による実施例では貴金属触媒５２として白金が用いられており、コート層５１を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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が用いられている。即ち、ＳＯxトラップ触媒１２のコート層５１は強塩基性を呈している。
さて、排気ガス中に含まれるＳＯx、即ちＳＯ2は図３に示されるように白金Ｐｔ５２において酸化され、次いでコート層５１内に捕獲される。即ち、ＳＯ2は硫酸イオンＳＯ4 2-の形でコート層５１内に拡散し、硫酸塩を形成する。なお、上述したようにコート層５１は強塩基性を呈しており、従って図３に示されるように排気ガス中に含まれるＳＯ2の一部は直接コート層５１内に捕獲される。
図３においてコート層５１内における濃淡は捕獲されたＳＯxの濃度を示している。図３からわかるようにコート層５１内におけるＳＯx濃度はコート層５１の表面近傍が最も高く、奥部に行くに従って次第に低くなっていく。コート層５１の表面近傍におけるＳＯx濃度が高くなるとコート層５１の表面の塩基性が弱まり、ＳＯxの捕獲能力が弱まる。ここで排気ガス中に含まれるＳＯxのうちでＳＯxトラップ触媒１２に捕獲されるＳＯxの割合をＳＯxトラップ率と称すると、コート層５１の表面の塩基性が弱まればそれに伴なってＳＯxトラップ率が低下することになる。本発明による実施例ではＳＯxトラップ率が予め定められた率よりも低下したときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯxトラップ触媒１２の温度を上昇させる昇温制御を行い、それによってＳＯxトラップ率を回復させるようにしている。
即ち、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯxトラップ触媒１２の温度を上昇させるとコート層５１内の表面近傍に集中的に存在するＳＯxはコート層５１内におけるＳＯx濃度が均一となるようにコート層５１の奥部に向けて拡散していく。即ち、コート層５１内に生成されている硝酸塩はコート層５１の表面近傍に集中している不安定な状態からコート層５１内の全体に亘って均一に分散した安定した状態に変化する。コート層５１内の表面近傍に存在するＳＯxがコート層５１の奥部に向けて拡散するとコート層５１の表面近傍のＳＯx濃度が低下し、斯くしてＳＯxトラップ触媒１２の昇温制御が完了するとトラップ率が回復することになる。
さて、前述したように本発明による実施例ではＮＯx吸蔵触媒１４からＮＯxを放出すべきときには燃焼室２内に追加の燃料が供給されると共に燃料添加弁１５から燃料が添加される。この場合、燃焼室２内に供給された追加の燃料は酸素と活発に反応して酸素を消費するので燃焼室２内に追加の燃料が供給されると燃焼室２内から排出された排気ガス中の酸素濃度が排気ガス全体に亘って低下する。これに対して燃料添加弁１５から添加された燃料は全ての燃料がただちに排気ガス中に含まれる酸素と反応して消費されるわけではないのでこの添加燃料は燃焼室２内への追加の燃料に比べて排気ガス全体の酸素濃度を低下させる作用は弱い。
一方、ＮＯx吸蔵触媒１４からは排気ガス全体の酸素濃度が低下するとＮＯxが良好に放出される。従ってＮＯx吸蔵触媒１４からのＮＯxの放出という面からみると燃焼室２内に追加の燃料を供給することによってＮＯx吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることが好ましいことになる。しかしながらこのように燃焼室２内に追加の燃料を供給することのみによってＮＯx吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＳＯxトラップ触媒１２からＳＯxが放出される危険性がある。
ところがＮＯx吸蔵触媒１４からＮＯxを良好に放出させるためには燃焼室２内に供給された追加の燃料によってＮＯx吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの空燃比をできる限り小さくすることが好ましい。そこで本発明ではＮＯx吸蔵触媒１４からＮＯxを放出すべくＮＯx吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするときにはＳＯxトラップ触媒１２からＳＯxが放出しない範囲で燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比が最も小さくなるように燃焼室２内への追加燃料量が制御される。更にこのときＮＯx吸蔵触媒１４から放出されたＮＯxを還元するのに必要な燃料の不足分は燃料添加弁１５から添加される。
図４（Ａ），（Ｂ）に代表的な燃焼室２内への追加燃料および燃料添加弁１５からの添加燃料の供給例を示す。図４（Ａ）は燃焼室２内への追加燃料によって燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比がリッチにされる場合を示している。このリッチ空燃比とされた排気ガスが燃料添加弁１５に達したときに燃料添加弁１５から燃料が添加され、この添加燃料によって排気ガスの空燃比は更にリッチにされる。
一方、図４（Ｂ）は燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比近くのリーン空燃比まで低下せしめられる場合を示している。この場合には図４（Ａ）に示される場合に比べて添加燃料の量が増大せしめられ、添加燃料を供給することによって排気ガスの空燃比がリッチにされる。
図５（Ａ）は図１に示されるようにＳＯxトラップ触媒１２の上流に燃料添加弁１５が配置されている場合のＮＯx放出制御時における燃焼室２からの排出排気ガスの目標空燃比とＳＯxトラップ触媒１２のＳＯx捕獲量との関係を示している。なお、この排気ガスの目標空燃比はＳＯxトラップ触媒１２からＳＯxが放出しない範囲で最も小さい排気ガスの空燃比とされており、ＳＯx放出制御時には燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比がこの目標空燃比となるように燃焼室２内に追加の燃料が供給される。
図５（Ａ）からわかるようにＳＯx捕獲量が少ないときには目標空燃比は少しばかりリッチとされる。即ち、ＳＯx捕獲量が少ないときには燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比が少しばかりリッチにされてもＳＯxトラップ触媒１２からはＳＯxが放出されない。一方、ＳＯx捕獲量が増大するとＳＯxトラップ触媒１２からＳＯxが放出されやすくなり、またＳＯxトラップ触媒１２の床温が高くなるとＳＯxトラップ触媒１２からＳＯxが放出されやすくなる。
従って本発明による実施例では目標空燃比はＳＯxトラップ触媒１２のＳＯx捕獲量が多くなるほど大きくされ、また目標空燃比はＳＯxトラップ触媒１２の温度が高くなるほど大きくされる。
また、ＮＯx放出制御時に目標空燃比が大きくなるとＮＯx吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるように燃料添加弁１５からの燃料添加量は増大せしめられる。従って図５（Ｂ）に示されるようにＳＯxトラップ触媒１２のＳＯx捕獲量が増大するにつれて追加燃料量と添加燃料量の和に対する添加燃料量の割合が増大せしめられる。
図６に排気浄化処理ルーチンを示す。
図６を参照するとまず初めにステップ１００においてＮＯx吸蔵触媒１４に単位時間当り吸蔵されるＮＯx量ＮＯＸＡが算出される。このＮＯx量ＮＯＸＡは要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図７（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。次いでステップ１０１ではこのＮＯＸＡがＮＯx吸蔵触媒１４に吸蔵されているＮＯx量ΣＮＯＸに加算され、それによってＮＯx吸蔵触媒１４に吸蔵されたＮＯx量ΣＮＯＸが算出される。次いでステップ１０２ではＳＯxトラップ触媒１２に単位時間当り捕獲されるＳＯx量ＳＯＸＡが算出される。このＳＯx量ＳＯＸＡも要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図７（Ｂ）に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。次いでステップ１０３ではこのＳＯＸＡがＮＯx吸蔵触媒１４に捕獲されているＳＯx量ΣＳＯＸに加算される。
次いでステップ１０５では吸蔵ＮＯx量ΣＮＯＸが許容値ＮＸを越えたか否かが判別され、ΣＮＯＸ＞ＮＸとなったときにはステップ１０５に進んでＳＯx捕獲量ΣＳＯＸと、温度センサ２２により検出されたＳＯxトラップ触媒１２の温度とに基づいて図５（Ａ）に示す関係から目標空燃比が算出される。次いでステップ１０６では排気ガスの空燃比をこの目標空燃比とするのに必要な燃焼室２内への追加の燃料量が算出される。次いでステップ１０７では予め定められたリッチ空燃比を得るのに必要な燃料添加弁１５からの燃料添加量が算出される。次いでステップ１０８では追加燃料および添加燃料の供給処理、即ちＮＯx吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換えるリッチ処理が行われ、ΣＮＯＸがクリアされる。
図８に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。この実施例では燃料添加弁１５がＳＯxトラップ触媒１２とＮＯx吸蔵触媒１４との間に配置されている。この実施例では図１に示される実施例とは異なって燃料添加弁１５から添加された燃料はＮＯx吸蔵触媒１４にのみに供給され、ＳＯxトラップ触媒１２には供給されない。従ってこの実施例ではＮＯx放出制御時に燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比がＳＯxトラップ触媒１２に流入する排気ガスの空燃比と同じになる。
図９は図８に示されるようにＳＯxトラップ触媒１２の下流に燃料添加弁１５が配置されている場合のＮＯx放出制御時における燃焼室２からの排出排気ガスの目標空燃比とＳＯxトラップ触媒１２のＳＯx捕獲量との関係を示している。なお、この実施例においても排気ガスの目標空燃比はＳＯxトラップ触媒１２からＳＯxが放出しない範囲で最も小さい排気ガスの空燃比とされている。
図９からわかるようにこの実施例でもＳＯx捕獲量が少ないときには目標空燃比は少しばかりリッチとされる。ただし、この実施例では燃料添加弁１５から添加された燃料がＳＯxトラップ触媒１２に供給されないのでこのときの目標空燃比は図５（Ａ）に示される場合に比べてリッチ側となる。また、このときこの実施例においても目標空燃比はＳＯxトラップ触媒１２のＳＯx捕獲量が多くなるほど大きくされ、また目標空燃比はＳＯxトラップ触媒１２の温度が高くなるほど大きくされる。
一方、ＳＯxトラップ触媒１２はＳＯxトラップ触媒１２に流入する排気ガスの空燃比がリーンである限りＳＯxを放出することはない。従ってこの実施例ではＳＯx捕獲量が増大したときに目標空燃比はややリーンの一定空燃比に維持される。
次にＮＯx放出制御時におけるＳＯxトラップ触媒１２によるＳＯx捕獲作用について説明する。ＮＯx放出制御時にＳＯxの捕獲能力が低下すると排気ガス中に含まれるＳＯxがＳＯx捕獲触媒１２を素通りし、斯くしてＳＯxがＮＯx吸蔵触媒１４に流入してしまう。
従ってＮＯx放出制御時にＮＯx吸蔵触媒１４にＳＯxが流入しないようにするためにはＳＯxトラップ触媒１２からのＳＯxの放出を阻止することに加え、ＳＯxトラップ触媒１２のＳＯx捕獲能力が低下するのを阻止する必要がある。
図１０（Ａ）は予め定められた許容レベル以上、例えば９５パーセント以上のＳＯxトラップ率を得るのに必要な排気ガス中の酸素濃度とＳＯxトラップ触媒１２のＳＯx捕獲量との関係を示している。ＳＯx捕獲量が少ないときには排気ガス中にほとんど酸素が存在しなくても排気ガス中のＳＯxはＳＯxトラップ触媒１２に捕獲される。しかしながらＳＯx捕獲量が多くなるとＳＯxトラップ触媒１２の表面の塩基性が弱くなるために排気ガス中に酸素が存在しないとＳＯxがＳＯxトラップ触媒１２に捕獲されなくなる。
従って図１０（Ａ）に示されるようにＳＯx捕獲量が増大するほど必要な酸素濃度が高くなる。また、ＳＯxトラップ触媒１２の床温が上昇するほどＳＯxがＳＯxトラップ触媒１２に捕獲されにくくなり、従って図１０（Ａ）に示されるように許容レベル以上のＳＯxトラップ率を得るのに必要な酸素濃度はＳＯxトラップ触媒１２の床温が高くなるほど増大する。
従って図８に示される内燃機関においてＮＯx放出制御時のＳＯxトラップ率を許容レベル以上に維持しようとした場合には、ＳＯxトラップ触媒１２に流入する排気ガス中の酸素濃度が図１０（Ａ）に示される酸素濃度となるように燃焼室２から排出される排気ガス中の酸素濃度が制御される。
図１０（Ｂ）は図８に示されるようにＳＯxトラップ触媒１２の下流に燃料添加弁１５が配置されている場合のＮＯx放出制御時においてＳＯxトラップ触媒１２からのＳＯxの放出を阻止しつつＳＯxトラップ率を許容レベル以上に維持するようにしたときの燃焼室２からの排出排気ガスの目標空燃比とＳＯxトラップ触媒１２のＳＯx捕獲量との関係を示している。このようにＮＯx放出制御時にＳＯxトラップ触媒１２からのＳＯxの放出を阻止しつつＳＯxトラップ率を許容レベル以上に維持するようにした場合には１０（Ｂ）に示されるようにＳＯx捕獲量が増大するにつれて目標空燃比が大きくされる。
圧縮着火式内燃機関の全体図である。 ＮＯx吸蔵触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。 ＳＯxトラップ触媒の基体の表面部分の断面図である。 追加燃料と添加燃料の供給例を示す図である。 燃焼室から排出される排気ガスの目標空燃比等を示す図である。 排気浄化処理を行うためのフローチャートである。 吸蔵ＮＯx量ＮＯＸＡのマップ等を示す図である。 圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。 燃焼室から排出される排気ガスの目標空燃比を示す図である。 燃焼室から排出される排気ガスの目標空燃比等を示す図である。
符号の説明
４ 吸気マニホルド
５ 排気マニホルド
７ 排気ターボチャージャ
１２ ＳＯxトラップ触媒
１４ ＮＯx吸蔵触媒
１５ 燃料添加弁

Claims (7)

  1. 機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＳＯxを捕獲しうるＳＯxトラップ触媒を配置し、ＳＯxトラップ触媒下流の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯxを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯxを放出するＮＯx吸蔵触媒を配置した内燃機関において、ＮＯx吸蔵触媒上流の機関排気通路内に燃料を添加するための燃料添加弁を配置し、ＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出すべくＮＯx吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにするときには燃焼室内に追加の燃料を供給すると共に該燃料添加弁から燃料を添加し、このときＳＯxトラップ触媒からＳＯxが放出しない範囲で燃焼室から排出される排気ガスの空燃比が最も小さくなるように燃焼室内への追加燃料量と燃料添加弁からの添加燃料量が制御される内燃機関の排気浄化装置。
  2. 上記追加の燃料が供給されたときに燃焼室から排出される排気ガスの空燃比はＳＯxトラップ触媒のＳＯx捕獲量が多くなるほど大きくされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 上記追加の燃料が供給されたときに燃焼室から排出される排気ガスの空燃比はＳＯxトラップ触媒の温度が高くなるほど大きくされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. ＳＯxトラップ触媒のＳＯx捕獲量が増大するにつれて上記追加燃料量と添加燃料量の和に対する添加燃料量の割合が増大せしめられる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. ＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出すべきときに予め定められた許容レベル以上のＳＯxトラップ率が得られるようにＳＯxトラップ触媒のＳＯx捕獲量が多いほど燃焼室から排出される排気ガスの空燃比が大きくされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 上記燃料添加弁がＳＯxトラップ触媒上流の機関排気通路内に配置されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  7. 上記燃料添加弁がＳＯxトラップ触媒とＮＯx吸蔵触媒との間に配置されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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