JP2009209766A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料供給弁からの供給燃料の消費量を低減する。
【解決手段】機関排気通路内に小型酸化触媒１４と、パティキュレートフィルタ１３と、ＮＯ_x吸蔵触媒１７とを配置する。還元剤供給弁１５から還元剤を供給することによって小型酸化触媒１４の硫黄被毒を解消する硫黄被毒解消処理と、ＮＯ_x吸蔵触媒１７からＳＯ_xを放出させるＳＯ_x放出処理と、パティキュレートフィルタ１３を再生する再生処理とが行われる。この場合、ＳＯ_x放出処理が行われる頻度と再生処理が行われる頻度との合計頻度よりも硫黄被毒解消処理の頻度が高くされる。
【選択図】図８

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

機関排気通路内に酸化触媒が配置されており、酸化触媒下流の機関排気通路内に、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ＮＯ_xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸蔵触媒と、排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタとが配置されており、ＮＯ_x吸蔵触媒からＮＯ_xを放出すべきときには機関から排出される排気ガスの空燃比がリッチにされ、ＮＯ_x吸蔵触媒からＳＯ_xを放出すべきときには機関から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比にされ、パティキュレートフィルタを再生すべきときには機関から排出される排気ガスの空燃比をリーンに維持した状態でパティキュレートフィルタが昇温せしめられる内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
特開２００５−２８１７号公報

ところで酸化触媒は排気ガス中に含まれるＳＯ_xによって次第に硫黄被毒し、その結果次第に酸化活性が低下する。この場合、酸化触媒に還元剤を供給すると酸化触媒の硫黄被毒を解消することができる。しかしながら上述の内燃機関ではこのような酸化触媒の硫黄被毒に関して何らの考慮も払われてはいない。
本発明は、酸化触媒の硫黄被毒も解消しうる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

即ち、本発明によれば、機関排気通路内に酸化触媒を配置し、酸化触媒上流の機関排気通路内に還元剤供給弁を配置し、酸化触媒下流の機関排気通路内に、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ＮＯ_xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸蔵触媒と、排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタとが配置されている内燃機関の排気浄化装置において、還元剤供給弁から還元剤を供給することによって酸化触媒の硫黄被毒を解消する硫黄被毒解消処理と、ＮＯ_x吸蔵触媒からＳＯ_xを放出させるＳＯ_x放出処理と、パティキュレートフィルタを再生する再生処理とが行われ、ＳＯ_x放出処理が行われる頻度と再生処理が行われる頻度との合計頻度よりも硫黄被毒解消処理の頻度を高くしている。

酸化触媒はＮＯ_x吸蔵触媒およびパティキュレートフィルタよりも上流側に配置されており、従って排気ガス中のＳＯ_xは最も酸化触媒に捕獲されやすい。従って酸化触媒は比較的短時間のうちに硫黄被毒するので本発明ではＳＯ_x放出処理が行われる頻度と再生処理が行われる頻度との合計頻度よりも硫黄被毒解消処理の頻度が高くされる。このように酸化触媒の硫黄被毒の解消処理を頻度高く行うことによって酸化触媒の酸化活性を常時高く維持しておくことができる。

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の出口は排気管１２を介して排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタ１３に連結される。また、このパティキュレートフィルタ１３は排気管１６を介してＮＯ_x吸蔵触媒１７に連結される。パティキュレートフィルタ１３上流の機関排気通路内には、即ち排気管１２内にはパティキュレートフィルタ１３およびＮＯ_x吸蔵触媒１７よりも体積が小さくかつパティキュレートフィルタ１３およびＮＯ_x吸蔵触媒１７に流入する排気ガスの一部が流通する小型酸化触媒１４が配置され、この小型酸化触媒１４上流の機関排気通路内には、即ち排気管１２内には小型酸化触媒１４に還元剤を供給するための還元剤供給弁１５、例えば燃料を供給するための燃料供給弁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１８を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１８内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１９が配置される。また、ＥＧＲ通路１８周りにはＥＧＲ通路１８内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２０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２０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２１を介してコモンレール２２に連結され、このコモンレール２２は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２３を介して燃料タンク２４に連結される。燃料タンク２４内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２３によってコモンレール２２内に供給され、コモンレール２２内に供給された燃料は各燃料供給管２１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。吸入空気量検出器８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。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および車速に応じた出力パルスを発生する車速センサ４３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、燃料供給弁１５、ＥＧＲ制御弁１９および燃料ポンプ２３に接続される。

図２（Ａ）は図１における小型酸化触媒１４周りの拡大図を示しており、図２（Ｂ）は図２（Ａ）においてＢ−Ｂ線に沿ってみた断面図を示している。図２（Ａ），（Ｂ）に示される実施例では小型酸化触媒１４は金属薄肉平板と金属薄肉波形板との積層構造からなる基体を有しており、この基体の表面上に例えばアルミナからなる触媒担体の層が形成されていると共にこの触媒担体上には白金Ｐｔ、ロジウムＲｄ、パラジウムＰｄのような貴金属触媒が担持されている。なお、この基体はコージライトから形成することもできる。

図２（Ａ），（Ｂ）からわかるようにこの小型酸化触媒１４はパティキュレートフィルタ１３およびＮＯ_x吸蔵触媒１７に向かう排気ガスの全流路断面よりも小さな断面、即ち排気管１２の断面よりも小さな断面を有していると共に、排気管１２内の中央において排気ガスの流れ方向に延びる筒状をなしている。なお、図２（Ａ），（Ｂ）に示される実施例では小型酸化触媒１４は円筒状外枠２５内に配置されており、この円筒状外枠２５は複数のステー２６によって排気管１２内に支持されている。

パティキュレートフィルタ１３は例えば白金Ｐｔのような貴金属触媒を担持したモノリス触媒から形成されている。一方、図１に示されるＮＯ_x吸蔵触媒１７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３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３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ＮＯ_x吸収剤４７の層が形成されている。

図３に示される例では貴金属触媒４６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯ_x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ＮＯ_x吸蔵触媒１７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、ＮＯ_x吸収剤４７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_xを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯ_xを放出するＮＯ_xの吸放出作用を行う。

即ち、ＮＯ_x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３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ＮＯ_x吸収剤４７内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ₃と結合しながら硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形でＮＯ_x吸収剤４７内に拡散する。このようにしてＮＯ_xがＮＯ_x吸収剤４７内に吸蔵される。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、ＮＯ_x吸収剤４７のＮＯ_x吸収能力が飽和しない限りＮＯ₂がＮＯ_x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ＮＯ_x吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂の形でＮＯ_x吸収剤４７から放出される。次いで放出されたＮＯ_x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ＮＯ_xがＮＯ_x吸収剤４７内に吸蔵される。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ＮＯ_x吸収剤４７のＮＯ_x吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯ_x吸収剤４７によりＮＯ_x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ＮＯ_x吸収剤４７の吸収能力が飽和する前に燃料供給弁１５から燃料を供給することによってＮＯ_x吸蔵触媒１７に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯ_x吸収剤４７からＮＯ_xを放出させるようにしている。

ところで図２に示される実施例では燃料供給弁１５のノズル口は排気管１２の断面の中央に配置されており、上述した如く燃料供給弁１５から燃料を供給することによってＮＯ_x吸蔵触媒１７に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにすべきときには燃料供給弁１５から小型酸化触媒１４の上流側端面に向けて、燃料Ｆ、即ち軽油Ｆが噴射される。このときこの噴射燃料の一部は小型酸化触媒１４内で酸化せしめられ、残りの燃料によって排気ガスの空燃比がリッチにされる。

このときの小型酸化触媒１４の温度Ｔの変化と小型酸化触媒１４に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆの変化、およびＮＯ_x吸蔵触媒１７の温度Ｔの変化とＮＯ_x吸蔵触媒１７に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆの変化が図４に示されている。図４に示されるようにＮＯ_x吸収剤４７からＮＯ_xを放出すべく燃料噴射弁１５から燃料が噴射されると小型酸化触媒１４に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがリッチとなり、ＮＯ_x吸蔵触媒１７に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆもリッチとなる。一方、このとき小型酸化触媒１４の温度Ｔが若干上昇し、ＮＯ_x吸蔵触媒１７の温度Ｔはほとんど変化しない。

即ち、小型酸化触媒１４内は流路抵抗が大きいので小型酸化触媒１４内を流れる排気ガス量は少ない。また、小型酸化触媒１４内で酸化反応が生じると小型酸化触媒１４内でガスが膨張するために小型酸化触媒１４内を流れる排気ガス量が更に減少し、また酸化反応によりガス温が上昇するとガスの粘性が高くなるために小型酸化触媒１４内を流れる排気ガス量が更に減少する。従って小型酸化触媒１４内における排気ガスの流速は排気管１２内を流れる排気ガスの流速に比べてかなり遅い。

このように小型酸化触媒１４内における排気ガスの流速が遅いので小型酸化触媒１４内における酸化反応は活発となり、また小型酸化触媒１４の体積は小さい。従って燃料供給弁１５から多量の燃料が供給され続けると小型酸化触媒１４の温度はかなり高温まで上昇する。図４に示される場合には燃料供給弁１５から単発的にしか燃料が供給されないので小型酸化触媒１４の温度Ｔはさほど上昇しない。

なお、小型酸化触媒１４の温度が高くなったときには炭素数の多い燃料中の炭化水素が分解して炭素数の少ない反応性の高い炭化水素が生成される。即ち燃料が反応性の高い燃料に改質される。従って、小型酸化触媒１４に燃料が供給され続けると小型酸化触媒１４は一方では急速に発熱する急速発熱器を構成し、他方では改質された燃料を排出する改質燃料排出器を構成する。

ところで、排気ガス中にはＳＯ_x、即ちＳＯ₂が含まれており、このＳＯ₂がＮＯ_x吸蔵触媒１７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ＮＯ_x吸収剤４７内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ₃と結合しながら、硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でＮＯ_x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ＮＯ_x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ＮＯ_x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ＮＯ_x吸収剤４７が吸収しうるＮＯ_x量が低下することになる。

この場合、ＮＯ_x吸蔵触媒１７の温度を６００℃以上のＳＯ_x放出温度まで上昇させた状態でＮＯ_x吸蔵触媒１７に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯ_x吸収剤４７からＳＯ_xが放出される。そこで本発明ではＮＯ_x吸蔵触媒１７が吸収しうるＮＯ_x量が低下したときには燃料供給弁１５から燃料を供給することによってＮＯ_x吸蔵触媒１７の温度をＳＯ_x放出温度まで上昇させ、ＮＯ_x吸蔵触媒１７に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしてＮＯ_x吸蔵触媒１７からＳＯ_xを放出させるようにしている。

このときの小型酸化触媒１４の温度Ｔの変化と小型酸化触媒１４に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆの変化、およびＮＯ_x吸蔵触媒１７の温度Ｔの変化とＮＯ_x吸蔵触媒１７に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆの変化が図６に示されている。図６に示されるようにこのときには燃料供給弁１５から燃料が間欠的に噴射され続け、小型酸化触媒１４に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが間欠的にかなりリッチになると共にＮＯ_x吸蔵触媒１７に流入する排気ガスの空燃比もリッチになる。なお、このときには小型酸化触媒１４の温度Ｔはかなり高くなる。

ところでパティキュレートフィルタ１３上にパティキュレートが一定量以上堆積したときには堆積したパティキュレートを燃焼させて除去することが必要となる。即ち、パティキュレートフィルタ１３を再生することが必要となる。この場合、パティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比がリーンの状態でパティキュレートフィルタ１３の温度を６００℃程度まで上昇させると堆積したパティキュレートを燃焼させて除去することができる。そこで本発明ではパティキュレートフィルタ１３を再生すべきときにはパティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつパティキュレートフィルタ１３の温度を６００℃以上にするのに必要な量の燃料が燃料供給弁１５から供給される。

このときの小型酸化触媒１４の温度Ｔの変化と小型酸化触媒１４に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆの変化、およびパティキュレートフィルタ１３の温度Ｔの変化とパティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆの変化が図７に示されている。図７に示されるようにこのときには燃料供給弁１５から比較的少量の燃料が間欠的に噴射され続ける。このとき小型酸化触媒１４に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆは間欠的にリッチになるがＮＯ_x吸蔵触媒１７に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持される。なお、このときにも小型酸化触媒１４の温度Ｔはかなり高くなる。

一方、小型酸化触媒１４も排気ガス中に含まれるＳＯ_xの影響を受ける。即ち、排気ガス中に含まれるＳＯ_xは小型酸化触媒１４の担体上或いは貴金属触媒の表面上に付着し、このようにＳＯ_xが付着すると小型酸化触媒１４は酸化能力を失なってしまう。これは硫黄被毒と称されている。この場合、小型酸化触媒１４の温度が或る程度高い状態で、例えば４００℃以上で小型酸化触媒１４に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとこの硫黄被毒を解消することができる。そこで本発明では小型酸化触媒１４の硫黄被毒を解消すべきときには小型酸化触媒１４の温度を例えば４００℃以上に上昇させかつ小型酸化触媒１４に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするのに必要な量の燃料が燃料供給弁１５から供給される。

このときの小型酸化触媒１４の温度Ｔの変化と小型酸化触媒１４に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆの変化、およびパティキュレートフィルタ１３の温度Ｔの変化とパティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆの変化が図５に示されている。図５に示されるようにこのときには燃料供給弁１５から少量の燃料が一定期間、間欠的に噴射される。このとき小型酸化触媒１４に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆは間欠的にリッチになるがパティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持される。なお、このとき小型酸化触媒１４の温度Ｔは４００℃以上まで上昇する。

図８は、図４に示されるＮＯ_x吸蔵触媒１７からＮＯ_xを放出させるＮＯ_x放出処理のタイミングと、図５に示される小型酸化触媒１４の硫黄被毒を解消する硫黄被毒解消処理のタイミングと、図６に示されるＮＯ_x吸蔵触媒１７からＳＯ_xを放出させるＳＯ_x放出処理のタイミングと、図７に示されるパティキュレートフィルタ１３を再生する再生処理のタイミングを示している。なお、図８において横軸は車両の走行距離を表している。

図８に示される実施例では、ＮＯ_x吸蔵触媒１７からのＳＯ_x放出処理と、パティキュレートフィルタ１３の再生処理と、小型酸化触媒１４の硫黄被毒解消処理は車両が夫々対応する目標走行距離を走行したときに行われ、図８からわかるようにパティキュレートフィルタ１３の再生処理の行われる目標走行距離はＮＯ_x吸蔵触媒１７からのＳＯ_x放出処理の行われる目標走行距離よりも短かく、小型酸化触媒１４の硫黄被毒解消処理の行われる目標走行距離はパティキュレートフィルタ１３の再生処理の行われる目標走行距離よりも短かい。

なお、本発明による実施例ではＮＯ_x吸蔵触媒１７からのＳＯ_x放出処理の行われる目標走行距離は１０００kmであり、パティキュレートフィルタ１３の再生処理の行われる目標走行距離は２００kmであり、小型酸化触媒１４の硫黄被毒解消処理の行われる目標走行距離は５０kmに設定されている。

図１に示されるように小型酸化触媒１４はＮＯ_x吸蔵触媒１７およびパティキュレートフィルタ１３よりも上流側に配置されており、従って排気ガス中のＳＯ_xは最も小型酸化触媒１４に捕獲されやすい。従って小型酸化触媒１４は比較的短時間のうちに硫黄被毒する。従って図８に示されるように本発明ではＮＯ_x吸蔵触媒１７からのＳＯ_x放出処理が行われる頻度とパティキュレートフィルタ１３の再生処理が行われる頻度との合計頻度よりも小型酸化触媒１４の硫黄被毒解消処理の頻度が高くされている。

また本発明では図６に示されるようにＮＯ_x吸蔵触媒１７からのＮＯ_x放出処理が行われたときには小型酸化触媒１４の温度Ｔは４００℃以上となりかつ小型酸化触媒１４に流入する排気ガスの空燃比はリッチになる。従ってこのとき小型酸化触媒１４の硫黄被毒解消処理が同時に行われることになる。

更に本発明では図７に示されるようにパティキュレートフィルタ１３の再生処理が行われたときにも小型酸化触媒１４の温度Ｔは４００℃以上となりかつ小型酸化触媒１４に流入する排気ガスの空燃比はリッチになる。従ってこのときにも小型酸化触媒１４の硫黄被毒解消処理が同時に行われることになる。

なお、図８からわかるようにＮＯ_x吸蔵触媒１７からのＳＯ_x放出処理又はパティキュレートフィルタ１３の再生処理が行われていないときにも小型酸化触媒１４の硫黄被毒解消処理が行われる。このようにＳＯ_x放出処理時に硫黄被毒解消処理も行い、再生処理時に硫黄被毒解消処理も行うことによって燃料の消費量を低減することができる。

図８に示される実施例ではＳＯ_x放出処理と再生処理とは異なるタイミングで行われている。しかしながらＳＯ_x放出処理と、再生処理とを同時に行うこともできる。この場合にはＳＯ_x放出処理と、再生処理と、硫黄被毒解消処理とが同時に行われる。

図８に示されるようにＮＯ_x吸蔵触媒１７からのＮＯ_x放出処理は小型酸化触媒１４の硫黄被毒解消処理よりもはるかに頻繁に行われる。このＮＯ_x放出処理時には通常図４に示されるように小型酸化触媒１４の温度Ｔは継続的に４００℃以上とはならず、従って通常は硫黄被毒解消処理は行われない。

図９に排気浄化処理ルーチンを示す。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図９を参照するとまず初めにステップ５０においてＮＯ_x吸蔵触媒１７に単位時間当り吸蔵されるＮＯ_x量ＮＯＸＡが算出される。このＮＯ_x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１０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５１ではこのＮＯＸＡがＮＯ_x吸蔵触媒１７に吸蔵されているＮＯ_x量ΣＮＯＸに加算される。次いでステップ５２では吸蔵ＮＯ_x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５３に進んでＮＯ_x吸蔵触媒１７からのＮＯ_x放出処理が行われ、ΣＮＯＸがクリアされる。次いでステップ５４に進む。

一方、ステップ５２においてΣＮＯＸ≦ＮＸであると判別されたときにはステップ５４に進んでＣＸ１，ＣＸ２，ＣＸ３に車速ＳＰと割込み時間間隔Δｔの積ＳＰ・Δｔが加算される。この積ＳＰ・ΔｔはΔｔ時間内における車両走行距離を表しており、従って各ＣＸ１，ＣＸ２，ＣＸ３はＣＸ１，ＣＸ２，ＣＸ３が夫々零のときからの車両走行距離を表している。

次いでステップ５５では車両走行距離ＣＸ１がＳＯ_x放出処理を行うための目標走行距離１０００Ｄ、例えば１０００kmを越えたか否かが判別される。ＣＸ１≦１０００Ｄのときにはステップ５８に進む。これに対し、ステップ５５においてＣＸ１＞１０００Ｄになったと判断されるとステップ５６に進んでＳＯ_x放出処理が行われる。次いでステップ５７ではＣＸ１がクリアされ、次いでステップ５８に進む。

ステップ５８では車両走行距離ＣＸ２が再生処理を行うための目標走行距離２００Ｄ、例えば２００kmを越えたか否かが判別される。ＣＸ２≦２００Ｄのときにはステップ６１に進む。これに対し、ステップ５８においてＣＸ２＞２００Ｄになったと判断されるとステップ５９に進んで再生処理が行われる。次いでステップ６０ではＣＸ２がクリアされ、次いでステップ６１に進む。

ステップ６１では車両走行距離ＣＸ３が硫黄被毒解消処理を行うための目標走行距離５０Ｄ、例えば５０kmを越えたか否かが判別される。ＣＸ３≦５０Ｄのときには処理サイクルを完了する。これに対し、ステップ６１においてＣＸ３＞５０Ｄになったと判断されるとステップ６３に進んで硫黄被毒解消処理が行われる。次いでステップ６３ではＣＸ３がクリアされ、次いで処理サイクルを完了する。

次に図１１を参照しつつ燃料供給弁１５の配置、或いは小型酸化触媒１４の配置又は形状に関する種々の変形例について順次説明する。
まず初めに図１１（Ａ）から説明するとこの図１１（Ａ）に示される変形例では燃料供給弁１５のノズル口が高温の排気ガス流に直接晒されないように排気管１２の内壁面上に形成された凹部内に配置されている。また、図１１（Ｂ）に示す変形例では小型酸化触媒１４の上流側端面上に上流側端面の周縁部から上流に向けて延びるトラフ状の燃料案内部２７が形成されており、燃料供給弁１５から燃料案内部２７に向けて燃料が噴射される。

一方、図１１（Ｃ）に示される変形例では排気浄化触媒１３に向かう排気管１２内の排気ガスの流通路が分岐された一対の流通路１２ａ，１２ｂから形成されており、これら一対の流通路１２ａ，１２ｂのうちの一方の流通路１２ａ内に小型酸化触媒１４が配置されている。燃料供給弁１５からは小型酸化触媒１４の上流側端面に向けて燃料が噴射される。この変形例では排気浄化触媒１３からみれば上流側の排気流通路の横断面内における一部領域に小型酸化触媒１４が配置されていることになる。

図１２に排気浄化処理システムの変形例を示す。この変形例では小型酸化触媒１４のすぐ下流にＮＯ_x吸蔵触媒１７が配置され、ＮＯ_x吸蔵触媒１７の下流にパティキュレートフィルタ１３が配置されている。

圧縮着火式内燃機関の全体図である。 図１の小型酸化触媒周りの拡大図である。 ＮＯ_xの吸放出作用を説明するための図である。 ＮＯ_x放出処理を示す図である。 硫黄被毒解消処理を示す図である。 ＳＯ_x放出処理を示す図である。 再生処理を示す図である。 ＮＯ_x放出処理等のタイミングを示す図である。 排気浄化処理を実行するためのフローチャートである。 吸蔵ＮＯ_x量ＮＯＸＡのマップを示す図である。 種々の変形例を示す図である。 変形例を示す図である。

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 排気管
１３ パティキュレートフィルタ
１４ 小型酸化触媒
１５ 燃料供給弁
１７ ＮＯ_x吸蔵触媒

Claims (6)

1. 機関排気通路内に酸化触媒を配置し、酸化触媒上流の機関排気通路内に還元剤供給弁を配置し、酸化触媒下流の機関排気通路内に、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ＮＯ_xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸蔵触媒と、排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタとが配置されている内燃機関の排気浄化装置において、還元剤供給弁から還元剤を供給することによって酸化触媒の硫黄被毒を解消する硫黄被毒解消処理と、ＮＯ_x吸蔵触媒からＳＯ_xを放出させるＳＯ_x放出処理と、パティキュレートフィルタを再生する再生処理とが行われ、該ＳＯ_x放出処理が行われる頻度と該再生処理が行われる頻度との合計頻度よりも該硫黄被毒解消処理の頻度を高くした内燃機関の排気浄化装置。
2. 上記ＳＯ_x放出処理が行われるときには上記硫黄被毒解消処理が同時に行われ、上記再生処理が行われるときには上記硫黄被毒解消処理が同時に行われ、該ＳＯ_x放出処理又は該再生処理が行われていないときにも該硫黄被毒解消処理が行われる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 上記ＳＯ_x放出処理と、上記再生処理と、上記硫黄被毒解消処理とが同時に行われる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 上記ＳＯ_x放出処理と、上記再生処理と、上記硫黄被毒解消処理は車両が夫々対応する目標走行距離を走行したときに行われ、該再生処理の行われる目標走行距離は該ＳＯ_x放出処理の行われる目標走行距離よりも短かく、該硫黄被毒解消処理の行われる目標走行距離は該再生処理の行われる目標走行距離よりも短かい請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 上記酸化触媒が上記ＮＯ_x吸蔵触媒およびパティキュレートフィルタよりも体積が小さくかつ該ＮＯ_x吸蔵触媒およびパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの一部が流通する小型酸化触媒からなる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 上記小型酸化触媒はＮＯ_x吸蔵触媒およびパティキュレートフィルタに向かう排気ガスの全流路断面よりも小さな断面を有すると共に排気ガスの流れ方向に延びる筒状をなす請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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