JP2011001832A

JP2011001832A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2011001832A
Application number: JP2009143368A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Tsujimoto; 健一辻本; Toshihiro Mori; 俊博森
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2011-01-06
Anticipated expiration: 2029-06-16
Also published as: JP5206597B2

Abstract

【課題】酸素貯蔵機能を有するＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄被毒回復処理を、触媒機能の劣化を生じさせることなく行う。
【解決手段】機関排気通路内に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２を配置すると共にＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の上流の機関排気通路２１内に還元剤供給手段２４を配置し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２が酸素貯蔵機能を更に備え、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に吸蔵されたＳＯｘを放出させるべきときに硫黄被毒回復処理を行う硫黄被毒回復処理手段を具備する内燃機関の排気浄化装置において、硫黄被毒回復処理手段が、硫黄被毒回復処理を実行すべきときに、筒内ガスの空燃比をリーンにするリーン燃焼期間中に還元剤供給手段から還元剤を供給し、リーン燃焼期間経過後に筒内ガスの空燃比をリッチにする制御を行い、リーン燃焼期間は、排気ガス量が小さいほど長く設定される。
【選択図】図１

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を還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置した内燃機関が公知である。この内燃機関ではリーン空燃比の下で燃焼が行われているときに発生するＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵される。一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和に近づくと排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされ、それによってＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘが還元浄化される。

ところで燃料及び潤滑油内には硫黄が含まれており、従って排気ガス中には硫黄化合物（ＳＯｘ、例えばＳＯ₂）が含まれている。このＳＯｘはＮＯｘと共にＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵される。ところがこのＳＯｘは、排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけではＮＯｘ吸蔵還元触媒から放出されず、従ってＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＳＯｘの量が次第に増大していく（以下、「硫黄被毒」という）。その結果としてＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵しうるＮＯｘ量が次第に減少してしまう。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒からＳＯｘを放出させる（すなわち、硫黄被毒回復を行う）ために、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒温度をＳＯｘが放出される温度、すなわちＳＯｘ放出温度（例えば、６００℃）にまで昇温させると共に、ＮＯｘ吸蔵還元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空燃比にする硫黄被毒回復処理を行う必要がある。

そこで、機関排気通路内にＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流排気通路内に還元剤を添加する還元剤添加弁を備えた内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄被毒回復処理時に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を昇温すると共に還元剤を供給するようにした内燃機関の排気浄化装置が公知である（特許文献１）。

ところで、上記構成におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒に代えて酸素貯蔵機能を有するＮＯｘ吸蔵還元触媒とする構成がある。ここで、酸素貯蔵機能とは、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酸素を蓄え流入する排気ガスの空燃比がリッチになると蓄えられている酸素を放出する機能をいい、例えば三元触媒がその機能を有する。

特開２００３−１７６７１５号公報

この構成において、硫黄被毒回復処理をすべきときに、還元剤を供給しＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすると、供給された還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒から放出された酸素と反応することによって反応熱が生じる。この反応熱は排気ガスの流れを介してＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側部分に伝達され、それによって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側部分に比べて下流側部分の温度がより上昇する。一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄被毒の度合はその上流側部分が下流側部分よりも大きく、効果的に硫黄被毒回復を行うためには、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側部分をより十分に昇温させることが必要である。

従って、この状態で、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側部分をＳＯｘ放出温度まで昇温させようとすると、下流側部分が過度に昇温してしまい、触媒機能が劣化してしまうという問題が生じる。一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側部分の触媒の劣化を防止しようとすると上流側部分の昇温が不十分となり、硫黄被毒回復処理の効率が悪化し処理時間が長くなり、燃費も悪化するという問題も生じる。

また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする際に、燃焼室内のガスの空燃比、すなわち筒内ガスの空燃比をリッチにすることが、硫黄被毒回復処理における反応性の観点から好ましい。しかし、反応性が良くなる一方で、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から放出された酸素との反応性も良くなり、下流側部分の温度上昇はより大きくなるため上述の問題はより顕著になる。

更に、吸気量が少ない場合には、排気ガスを介してＮＯｘ吸蔵還元触媒の外へ排出される熱量も少なくなるため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側部分と下流側部分との間の温度差はより大きくなる。

そこで本発明は、酸素貯蔵機能を有するＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄被毒回復処理を、触媒機能の劣化を生じさせることなく行う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。

前記課題を解決するために請求項１に記載の発明によれば、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を還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置すると共に該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流の機関排気通路内に還元剤供給手段を配置し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が、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酸素を蓄え流入する排気ガスの空燃比がリッチになると蓄えられている酸素を放出する酸素貯蔵機能を更に備え、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出させるべきときに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒温度をＳＯｘ放出温度に昇温させると共に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする硫黄被毒回復処理を行う硫黄被毒回復処理手段を具備する内燃機関の排気浄化装置において、前記硫黄被毒回復処理手段が、硫黄被毒回復処理を実行すべきときに、筒内ガスの空燃比をリーンにするリーン燃焼期間中に還元剤供給手段から還元剤を供給し、前記リーン燃焼期間経過後に筒内ガスの空燃比をリッチにする制御を行い、前記リーン燃焼期間は、排気ガス量が小さいほど長く設定されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

請求項１に記載の発明によれば、酸素貯蔵機能を有するＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄被毒回復処理を、触媒機能の劣化を生じさせることなく行うことができるという効果を奏する。

圧縮着火式内燃機関の全体図である。ＮＯｘ吸蔵還元触媒の側面断面図である。触媒担体の表面部分の断面図である。単位時間当たりに吸蔵されるＳＯｘ量ＳＯＸＡのマップを示す図である。ＮＯｘ吸蔵還元触媒の位置と温度との関係を示す図である。硫黄被毒回復処理における添加制御と燃焼制御との関係を示すタイムチャートである。硫黄被毒回復処理における添加制御と燃焼制御との関係を示すタイムチャートである。

図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明を火花点火式内燃機関に適用することもできる。

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内にそれぞれ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それぞれ示す。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を検出するためのエアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結される。なお、エアフローメータ８によって検出される吸入空気量は排気ガス量ＳＶと等しい。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の出口は排気後処理装置２０に連結される。

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」という）通路１２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１２内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１３が配置される。また、ＥＧＲ通路１２周りにはＥＧＲ通路１２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１４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１４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１５を介してコモンレール１６に連結される。このコモンレール１６内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１７から燃料が供給され、コモンレール１６内に供給された燃料は各燃料供給管１５を介して燃料噴射弁３に供給される。

排気後処理装置２０は、排気タービン７ｂの出口に連結された排気管２１と、排気管２１に連結されたＮＯｘ吸蔵還元触媒２２と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に連結された排気管２３とを有する。また、排気管２１には還元剤添加弁２４が取り付けられる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に流入する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ２５が配置され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２には、その触媒温度Ｔを検出するための温度センサ２６が取り付けられる。

還元剤添加弁２４にはコモンレール１６から還元剤としての燃料が添加され、還元剤添加弁２４から排気管２１内に燃料が添加される。本発明による実施形態ではこの燃料は軽油からなる。なお、還元剤添加弁２４を排気マニホルド５に取り付けることもできる。また、本発明による実施形態では、還元剤添加弁２４から燃料を添加する他に、還元剤としてＣＯ(一酸化炭素）を含む排気ガスを生成し、リッチ空燃比の排気ガスを生成することもできる。ＣＯは、燃料よりも還元性が高く、燃焼室の混合気の空燃比をリッチにし高温で燃焼させることによって生成することができる。

なお、還元剤添加弁２４から添加された燃料を含まない、例えば、排気マニホルド５内におけるガスの空燃比は、燃焼室５内（筒内）のガスの空燃比を示すため、筒内ガスの空燃比と称する。従って、上述のＣＯを含む排気ガスを生成することは、筒内ガスの空燃比をリッチにしていることとなる。

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。エアフローメータ８、空燃比センサ２５、及び温度センサ２６の出力信号はそれぞれ対応する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３９にはアクセルペダル３９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４０が接続され、負荷センサ４０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４１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駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁１３、燃料ポンプ１７及び還元剤添加弁２４に接続される。

図２はＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の構造を示している。図２に示される実施例ではＮＯｘ吸蔵還元触媒２２はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁６０により互いに分離された複数個の排気ガス流通路６１を具備する。各隔壁６０の両側表面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（Ａ）及び（Ｂ）はこの触媒担体６５の表面部分の断面を図解的に示している。図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように触媒担体６５の表面上には貴金属触媒６６が分散して担持されており、更に触媒担体６５の表面上にはＮＯｘ吸収剤６７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６６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤６７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及びＮＯｘ吸蔵還元触媒２２上流の排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯｘ吸収剤６７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。

すなわち、ＮＯｘ吸収剤６７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、すなわ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（Ａ）に示されるように白金Ｐｔ６６上において酸化されてＮＯ₂となり、次いでＮＯｘ吸収剤６７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６７内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤６７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ６６の表面でＮＯ₂が生成され、ＮＯｘ吸収剤６７のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ₂がＮＯｘ吸収剤６７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又は理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、斯くして図３（Ｂ）に示されるようにＮＯｘ吸収剤６７内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂の形でＮＯｘ吸収剤６７から放出される。次いで放出されたＮＯｘは、還元剤添加弁２４から添加された燃料又は燃焼室内の燃焼によって生成されたＣＯ等の、排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。

更に、本発明の実施形態によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２は、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酸素を蓄え流入する排気ガスの空燃比がリッチになると蓄えられている酸素を放出する酸素貯蔵機能を有する。すなわち、酸素貯蔵機能を実現するため、酸素吸蔵物質をセリウムＣｅから構成した場合を例にとって説明すると、流入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酸素分子Ｏ₂がＣｅＯ₂の形で取り込まれる（Ｃｅ₂Ｏ₃−＞２ＣｅＯ₂）。これに対し、流入排気ガスの空燃比がリッチになると反応が逆方向（２ＣｅＯ₂−＞Ｃｅ₂Ｏ₃）に進み、酸素分子Ｏ₂が放出される。

ところで排気ガス中にはＳＯｘ（例えばＳＯ₂）が含まれており、このＳＯ₂がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に流入するとこのＳＯ₂は白金Ｐｔ６６において酸化されてＳＯ₃となる。次いでこのＳＯ₃はＮＯｘ吸収剤６７内に吸収されて炭酸化バリウムＢａＣＯ₃と結合しながら、硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でＮＯｘ吸収剤６７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６７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６７内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ₄が増大（すなわち、硫黄被毒）することになり、時間が経過するにつれてＮＯｘ吸収剤６７が吸収しうるＮＯｘ量が低下することになる。

そこでこの場合、吸蔵したＳＯｘを放出すべきとき、すなわち、硫黄被毒回復処理をすべきとき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の触媒温度Ｔを６００℃以上のＳＯｘ放出温度まで上昇させた状態で、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする（以下、「リッチ処理」という）ことによって、ＮＯｘ吸収剤６７からＳＯｘが放出され、ＮＯｘ吸収剤６７が吸収しうるＮＯｘ量が回復する。

ここで、硫黄被毒回復処理をすべきときとは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に吸蔵された推定ＳＯｘ量ΣＳが予め定められた値ＳＯＸ０を超えたときをいう。燃料中には或る割合で硫黄が含まれており、従って排気ガス中に含まれるＳＯｘ量、すなわちＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に吸蔵されるＳＯｘ量は燃料噴射量に比例する。燃料噴射量は要求トルクＴＱ及び機関回転数Ｎの関数であり、従ってＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に吸蔵されるＳＯｘ量も要求トルクＴＱ及び機関回転数Ｎの関数となる。本発明による実施形態ではＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に単位時間当り吸蔵されるＳＯｘ量ＳＯＸＡが要求トルクＴＱ及び機関回転数Ｎの関数として図４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。単位時間当たりのＳＯｘ量ＳＯＸＡを積算することによってＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に吸蔵された推定ＳＯｘ量ΣＳが算出される。

さて、硫黄被毒回復処理は上述のように、まずＮＯｘ吸蔵還元触媒２２をＳＯｘ放出温度まで昇温させることから開始される。この昇温処理を筒内ガスの空燃比をリッチにすることによって行うと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の酸素貯蔵機能によって貯蔵されていた酸素と良好に反応し大量の反応熱が生じる。この反応熱が、排気ガスを介してＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流側部分に伝達されることによって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流側部分を上流側部分よりも昇温させ、その結果、上流側部分と下流側部分との間に温度差が生じてしまう。

これに関し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の排気ガス流れ方向の各部位における温度の関係を図５に示す。図５のＡによって示される曲線が、本発明による硫黄被毒回復処理を行わなかった場合に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流側部分が上流側部分よりも昇温している状態を示している。その結果、触媒の劣化や燃費の悪化といった上述の問題が生じる。

一方、図５のＢによって示される曲線は、本発明による硫黄被毒回復処理を行った状態を示している。曲線Ｂは、曲線Ａに較べてＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の上流側部分の温度が上昇し、下流側部分の温度が低下している。その結果、下流側部分の過昇温による触媒の劣化を防止すると共に、硫黄被毒の度合の大きい上流側部分の硫黄被毒回復処理を十分に行うことが可能となる。

図５の曲線Ｂのような温度状態を実現するための本発明の実施形態による硫黄被毒回復処理について、図６を参照しながら説明する。図６は、硫黄被毒回復処理における還元剤添加弁２４からの還元剤を添加する時期の制御、すなわち添加制御と、筒内ガスの空燃比の制御、すなわち燃焼制御との関係を示すタイムチャートである。

図６を参照すると、硫黄被毒回復処理をすべきとき、筒内ガスの空燃比がリーンとなるリーン燃焼を行うように燃焼制御を行うと共に、還元剤添加弁２４から還元剤の添加を行う。このとき、添加された燃料がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２上で酸化反応をすることによって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の温度が全体的に徐々に上昇する。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の温度の上昇と共に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に貯蔵された酸素も徐々に放出されることによって、酸素の貯蔵量も徐々に減少する。ここで放出された酸素は還元剤と反応する。

リーン燃焼中に還元剤の添加を行うと、排気ガス中には還元性の高いＣＯはほとんど含まれない状態でＮＯｘ吸蔵還元触媒２２を昇温させることができ、且つ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に貯蔵された酸素とＣＯとの反応による大量の発熱を抑えることができる。また、添加された還元剤と貯蔵された酸素との反応により発生した反応熱は、後述のリッチ燃焼よりは低温の排気ガスによって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流側部分へ伝達され、最終的にＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流排気通路内へ放出される。従って、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流側部分の過昇温を抑え、上流側部分と下流側部分の温度差を減少させることが可能となる。

次に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の上流側部分の温度がＳＯｘ放出温度に十分達した場合、燃焼制御を、リーン燃焼から筒内ガスの空燃比をリッチにするリッチ燃焼へと切り替える。リッチ燃焼を行うことによって、還元性の高いＣＯが排気ガス中に多く含まれることとなり、吸蔵したＳＯｘを放出させる硫黄被毒の回復が良好に行われる。また、リッチ燃焼の前のリーン燃焼によって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に貯蔵された酸素の大半は放出されているため、排気ガス中のＣＯと放出された酸素との反応による反応熱もほとんど生じない。

ここで、硫黄被毒回復処理において、リッチ燃焼に切り替える前のリーン燃焼を実行する時間をリーン燃焼期間ｔ１と称すると、リーン燃焼期間ｔ１は排気ガス量が小さいほど長く設定する。すなわち、排気ガス量が小さいということは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流側部分の温度が上流側部分よりも高い場合に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の外へ放出される単位時間当たりの熱量が少なくなる。従って、リーン燃焼期間ｔ１をより長く設定することによって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の外への熱の放出を促し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の上流側部分と下流側部分との温度差をできるだけ減少させるようにしている。

リーン燃焼中における添加制御による還元剤の添加時期は、例えば触媒温度Ｔに応じて決定され、排気ガス量に応じたリーン燃焼期間ｔ１と共に予め実験等によって求め、ＲＯＭ３２内に記憶されている。

以上より、本発明によれば、酸素貯蔵機能を有するＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の硫黄被毒回復処理において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内の温度をより均一にすることが可能となることから、触媒機能の劣化を生じさせることなく、硫黄被毒回復の処理効率向上と処理時間の短縮を図ることが可能となるという効果を奏する。

続いて、本発明の別の実施形態による硫黄被毒回復処理について説明する。図７は、硫黄被毒回復処理における添加制御と、燃焼制御との関係を示す、図６とは異なるタイムチャートである。

図７を参照し図６と異なる点について説明すると、本実施形態においては、リーン燃焼期間ｔ１の後半において、添加時間ｔ２をより長く設定する。これによって、より多くの還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に添加され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチとなり、貯蔵された酸素のほぼ全てが放出される。その結果、次のリッチ燃焼中に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に貯蔵された酸素に起因する反応熱を最小限抑えることが可能となり、従って、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内の温度を均一にすることが可能となる。添加時間ｔ２は、例えば触媒温度Ｔに応じて予め実験等によって求め、ＲＯＭ３２内に記憶されている。

以上より、本実施形態によれば、上述の本発明の効果に加え、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内の温度の更なる均一化が図れる。更に、リーン燃焼中にＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチとなることから、吸蔵されたＳＯｘの一部が放出され、更なるリッチ燃焼時の硫黄被毒回復の処理効率向上と処理時間の短縮を図ることが可能となるという効果を奏する。

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
２１排気管
２２ＮＯｘ吸蔵還元触媒
２４還元剤供給弁

Claims

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を還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置すると共に該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流の機関排気通路内に還元剤供給手段を配置し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が、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酸素を蓄え流入する排気ガスの空燃比がリッチになると蓄えられている酸素を放出する酸素貯蔵機能を更に備え、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出させるべきときに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒温度をＳＯｘ放出温度に昇温させると共に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする硫黄被毒回復処理を行う硫黄被毒回復処理手段を具備する内燃機関の排気浄化装置において、前記硫黄被毒回復処理手段が、硫黄被毒回復処理を実行すべきときに、筒内ガスの空燃比をリーンにするリーン燃焼期間中に還元剤供給手段から還元剤を供給し、前記リーン燃焼期間経過後に筒内ガスの空燃比をリッチにする制御を行い、前記リーン燃焼期間は、排気ガス量が小さいほど長く設定されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。