JP3239599B2

JP3239599B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3239599B2
Application number: JP05728894A
Authority: JP
Inventors: 康荒木; 俊明田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-03-28
Filing date: 1994-03-28
Publication date: 2001-12-17
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: JPH07259542A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気浄化装置
に関し、詳細には排気中の硫黄酸化物によるＮＯ_X吸収
剤の被毒を防止する手段を備えた内燃機関の排気浄化装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】リーン空燃比の燃焼を行う内燃機関の排
気通路に、流入排気の空燃比がリーンのときにＮＯ_Xを
吸収し、流入排気中の酸素濃度が低下したときに吸収し
たＮＯ _Xを放出するＮＯ_X吸収剤を配置して排気中の窒
素酸化物（ＮＯ_X）を吸収させ、ＮＯ_X吸収後に機関に
供給する燃料を増量して前記ＮＯ_X吸収剤に流入する排
気空燃比をリッチにすることにより前記ＮＯ_X吸収剤か
ら吸収したＮＯ_Xを放出させるとともに放出されたＮＯ
_Xを排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ等の還元成分により還元浄
化する内燃機関の排気浄化装置が本願出願人により既に
提案されている（国際公開公報第ＷＯ９３−７３６３号
参照）。

【０００３】ＮＯ_X吸収剤は、上述のようにリーン空燃
比の排気中のＮＯ_Xを吸収し、排気中の酸素濃度が低下
すると吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_Xの吸放出作用を
行う。この吸放出作用については後に詳述するが、排気
中に硫黄酸化物（ＳＯ_X）が存在するとＮＯ_X吸収剤は
ＮＯ_Xの吸収作用を行うのと全く同じメカニズムで排気
中のＳＯ_Xの吸収を行う。一般に機関の燃料、潤滑油に
は硫黄分が含まれているため機関排気中にはＮＯ_Xとと
もにＳＯ_Xが存在し、上記のように機関排気通路にＮＯ
_X吸収剤を配置した場合にはＮＯ_X吸収剤にはＮＯ_Xの
みならずＳＯ_Xも吸収される。

【０００４】ところが、ＮＯ_X吸収剤に吸収されたＳＯ
_Xは時間が経過すると安定な硫酸塩を形成するため、通
常のＮＯ_X吸収剤からのＮＯ_Xの放出、還元浄化（以下
「ＮＯ_X吸収剤の再生」という）を行う条件では分解、
放出されにくくＮＯ_X吸収剤内に蓄積されやすい傾向が
ある。ＮＯ_X吸収剤内のＳＯ_X蓄積量が増大すると、Ｎ
Ｏ_X吸収剤のＮＯ_X吸収容量が減少して排気中のＮＯ_X
の除去を十分に行うことができなくなりＮＯ_Xの浄化効
率が低下する、いわゆる硫黄被毒（ＳＯ_X被毒）が生じ
る問題がある。

【０００５】このＮＯ_X吸収剤のＳＯ_X被毒を防止する
ために本願出願人は、ＮＯ_X吸収剤のＳＯ_X吸収量が増
大したときに、ＮＯ_X吸収剤を通常再生時より高温に
し、かつ排気空燃比をリッチにして吸収したＳＯ_Xを放
出させる構成（特願平４−２１６１４５号参照）や、或
いは流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のＳＯ
_Xを吸収し、流入する排気の酸素濃度が低下したときに
吸収したＳＯ_Xを放出するＳＯ_X吸収剤をＮＯ_X吸収剤
の上流側の排気通路に配置して排気中のＳＯ_XがＮＯ_X
吸収剤に到達することを防止し、このＳＯ_X吸収剤のＳ
Ｏ_X吸収量が増大したときに排気空燃比をリッチにする
ことによりＳＯ_X吸収剤から吸収したＳＯ _Xを放出させ
るとともに放出されたＳＯ_Xをリッチ空燃比下でＮＯ_X
吸収剤を通過させて、放出されたＳＯ_XがＮＯ_X吸収剤
に再吸収されることを防止する構成（特願平４−３２４
２７９号参照）等を既に提案している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特願平
４−２１６１４５号のようにＮＯ_X吸収剤に吸収された
ＳＯ_Xを高温かつリッチ空燃比の条件で放出させる場合
には、ＮＯ_X吸収剤の排気入口側に近い部分から放出さ
れたＳＯ_XはＮＯ_X吸収剤内部を通過して下流側に排出
されることになる。また、後述のように、ＮＯ_X吸収剤
内のＳＯ_X吸収量の分布は排気入口側になる程多くなっ
ているため、上記特願平４−２１６１４５号の構成では
放出されたＳＯ_Xの大部分が、下流側に放出される前に
ＮＯ_X吸収剤内で比較的長い距離を移動することにな
る。

【０００７】本来、リッチ空燃比雰囲気ではＮＯ_X吸収
剤はＳＯ_Xを吸収しないため上記のように放出されたＳ
Ｏ_XがＮＯ_X吸収剤内を通過してもこのＳＯ_XがＮＯ_X
吸収剤に再吸収されることはないはずであるが、実際に
はＮＯ_X吸収剤表面には流入する排気空燃比がリーンな
ときに酸素が吸着されているため、流入する排気の空燃
比がリッチになってもＮＯ_X吸収剤表面全体は直ちに酸
素濃度が低下しない。このため、ＮＯ_X吸収剤入口側で
放出されたＳＯ_XがＮＯ_X吸収剤内を通過する途中でＮ
Ｏ_X吸収剤に再吸収されてしまう場合が生じる。

【０００８】また、上記特願平４−３２４２７９号のよ
うに、ＮＯ_X吸収剤の上流側にＳＯ _X吸収剤を設けた構
成では、ＳＯ_X吸収剤からのＳＯ_X放出時に放出された
ＳＯ _XがＮＯ_X吸収剤中を通過するために上記と同様に
放出されたＳＯ_XがＮＯ_X吸収剤に再吸収されてしまう
場合が生じる。このようにしてＮＯ_X吸収剤にＳＯ_Xが
再吸収された場合でも、その後引き続きＮＯ_X吸収剤に
流入する排気をリッチに維持することにより、吸収され
たＮＯ _Xは安定した硫酸塩を生成する前にＮＯ_X吸収剤
から離脱するが、ＳＯ_XはＮＯ _X吸収剤と極めて高い親
和性を呈するため、吸収されたＳＯ_Xの全量をＮＯ_X吸
収剤から離脱させて下流側に排出するためには通常のＮ
Ｏ_X吸収剤の再生に要する時間より大幅に長い時間排気
を高温かつリッチ空燃比に維持する必要がある。例え
ば、ＮＯ_X吸収剤の再生のためには数秒から数十秒、ま
たＳＯ_X吸収剤からのＳＯ_X放出のためには長くても１
分程度の時間排気空燃比をリッチに維持すれば足りる
が、上記によりＮＯ_X吸収剤に吸収されたＳＯ_Xの全量
が離脱してＮＯ _X吸収剤ＮＯ_X吸収剤下流側に排出され
るためには最大１０分程度排気を高温かつリッチ空燃比
に維持する必要がある。このため、ＮＯ_X吸収剤に吸収
されたＳＯ_Xを完全に放出させることは実際の運転では
困難な場合が多く、ＮＯ_X吸収剤に吸収されたＳＯ_X量
が次第に増加し、ＳＯ_X被毒が進行してしまう問題が生
じる。

【０００９】本発明は、上記問題に鑑み、ＮＯ_X吸収剤
に流入する排気を高温かつリッチ空燃比に長時間保持す
ることを必要とせずに、効果的にＮＯ_X吸収剤のＳＯ_X
被毒を防止することが可能な内燃機関の排気浄化装置を
提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
によれば、内燃機関の排気通路に配置された、排気空燃
比がリーンのときに流入する排気中の硫黄酸化物を吸収
し、流入する排気の酸素濃度が低下したときに吸収した
硫黄酸化物を放出する吸収剤と、前記吸収剤に排気中の
硫黄酸化物を吸収させるときには排気を第１の方向に吸
収剤中を通過させ、前記吸収剤から吸収した硫黄酸化物
を放出させるときには、排気を前記第１の方向と反対の
第２の方向に吸収剤中を通過させる逆洗手段と、前記逆
洗手段により前記第２の方向に排気を流すときに、吸収
剤に流入する排気の空燃比をリッチまたは理論空燃比と
する排気空燃比調節手段とを備えた内燃機関の排気浄化
装置が提供される。

【００１１】また、請求項２に記載の本発明によれば、
請求項１において、前記逆洗手段は、前記吸収剤上流側
排気通路に設けられ前記吸収剤への排気の流入を略遮断
する排気切換弁と、該排気切換弁と吸収剤との間の排気
通路に接続可能な負圧源とを備え、前記排気空燃比調節
手段は、前記吸収剤下流側排気通路に還元剤を供給する
還元剤供給装置を備え、前記逆洗手段は、吸収剤に排気
中の硫黄酸化物を吸収させるときには前記排気切換弁を
開弁して吸収剤中を上流側から下流側に向けて排気を通
過させるとともに、吸収剤から硫黄酸化物を放出させる
ときには、前記排気切換弁を閉弁して前記負圧源を前記
排気通路に接続することにより吸収剤中を下流側から上
流側に向けて排気を通過させ、前記排気空燃比調節手段
は、吸収剤から硫黄酸化物を放出させるときに前記還元
剤供給装置から吸収剤下流側排気通路に還元剤を供給す
ることにより吸収剤に流入する排気の空燃比をリッチま
たは理論空燃比とする内燃機関の排気浄化装置が提供さ
れる。

【００１２】さらに、請求項３に記載の本発明によれ
ば、請求項１において、前記排気空燃比調節手段は、吸
収剤から硫黄酸化物を放出させるときに前記内燃機関の
運転空燃比をリッチまたは理論空燃比に制御する空燃比
制御手段を備え、前記逆洗手段は、前記吸収剤の上流側
と下流側との一方を前記内燃機関の排気通路に選択的に
接続する第１の排気切換手段と、前記吸収剤の上流側と
下流側との一方を選択的に大気に開放する第２の排気切
換手段とを備え、吸収剤に排気中の硫黄酸化物を吸収さ
せるときには前記第１の排気切換手段により内燃機関の
排気通路を吸収剤の上流側に接続するとともに前記第２
の排気切換手段により吸収剤下流側を大気に開放し、吸
収剤から硫黄酸化物を放出させるときには前記第１の排
気切換手段により内燃機関の排気通路を吸収剤の下流側
に接続するとともに前記第２の排気切換手段により吸収
剤上流側を大気に開放する内燃機関の排気浄化装置が提
供される。

【００１３】また、請求項４に記載の本発明によれば、
請求項１において、前記内燃機関の排気通路は、それぞ
れ大気に開放された２つの分岐通路を備えるとともに、
前記吸収剤は、前記２つの分岐通路上の分岐点から略等
距離にある部分を相互に接続する連通路上に配置され、
前記排気空燃比調節手段は、機関運転空燃比をリッチま
たは理論空燃比に制御する空燃比制御手段を備え、前記
逆洗手段は、前記連通路と前記分岐通路とのそれぞれの
接続部に設けられた、前記連通路を分岐通路の内燃機関
側と大気開放側との一方に選択的に接続する排気切換弁
を備え、機関がリーン空燃比で運転されるときには一方
の排気切換弁を前記連通路が分岐通路の内燃機関側に接
続される位置に、かつ他方の排気切換弁を前記連通路が
分岐通路の大気開放側に接続される位置に保持し、機関
がリッチまたは理論空燃比で運転されるときには、前記
それぞれの排気切換弁を機関リーン空燃比運転時とは逆
の接続位置に切り換える内燃機関の排気浄化装置が提供
される。

【００１４】さらに、請求項５に記載の本発明では、請
求項４において、前記それぞれの排気切換弁は、前記連
通路を前記分岐通路の前記接続部上流側に連通する第１
のポートと、前記連通路を前記分岐通路の前記接続部下
流側に連通する第２のポートと、回動軸と、該回動軸ま
わりに回動して前記第１のポートと第２のポートとの一
方を選択的に閉鎖する板状の弁体とを備え、前記それぞ
れの排気切換弁の前記回動軸は、前記連通路の中心軸線
を含む同一の平面内に配置され、同一の排気切換弁にお
いては前記第１のポートと第２のポートとは前記平面に
対して互いに対称の位置に配置されるとともに、排気切
換弁相互間では、前記第１のポートと第２のポートとの
位置関係は前記平面に対して反対になるように配置され
ている内燃機関の排気浄化装置が提供される。

【００１５】

【作用】以下、本発明の作用を図７から図８を用いて説
明する。図７は実際の内燃機関の排気通路に装着して一
定時間ＮＯ_Xの吸収と放出とを繰り返したＮＯ_X吸収剤
について、化学分析によりＮＯ_X吸収剤に吸収された硫
黄分の分布を測定した結果を示している。図７に示すよ
うに、ＮＯ_X吸収剤内に吸収された硫黄分の量は排気入
口側になるほど増大し、排気入口側部分に集中して蓄積
されていることが判る。

【００１６】また、図８点線は、ＮＯ_X吸収剤に流入す
る排気空燃比をリッチにしたときに、ＮＯ_X吸収剤に吸
収されたＳＯ_X量とＳＯ_Xの放出が開始される温度との
関係を示している。図８点線に示すように、ＳＯ_Xの吸
収量が低い場合にはＮＯ_X吸収剤からのＳＯ_X放出が開
始される温度は極めて高くなっており、ＳＯ_Xの吸収量
が増大するにつれてＳＯ_Xの放出が開始される温度は低
下して行く傾向がある。

【００１７】ＮＯ_X吸収剤に吸収されたＳＯ_Xは、吸収
剤表面に吸着され、ある程度時間が経過すると安定な硫
酸塩を形成するが、ＮＯ_X吸収剤の温度がある程度上昇
するとＮＯ_X吸収剤表面に吸着されたＳＯ_Xが表面から
離脱を始め、また硫酸塩も温度がある程度上昇すると分
解してＳＯ₂の形でＳＯ_Xを放出するため、ＮＯ_X吸収
剤からＳＯ_Xが放出されるようになる。このため、本来
ＳＯ_Xの放出開始温度はＮＯ_X吸収剤内のＳＯ_X吸収量
には影響を受けないはずである。ところが、実際には図
８点線に示すようにＳＯ_Xの放出開始温度はＳＯ_Xの吸
収量が少ない程高くなっている。これは以下の理由によ
ると考えられる。

【００１８】すなわち、図７に示すようにＮＯ_X吸収剤
に吸収されたＳＯ_XはＮＯ_X吸収剤入口に近い側から蓄
積されるため、ＳＯ_Xの吸収量が少ない間は吸収された
ＳＯ _Xは排気入口近傍に集中し、排気出口側近傍では殆
ど存在しない。この状態でＮＯ_X吸収剤入口側からリッ
チ空燃比の排気を流しながらＮＯ_X吸収剤温度を上昇さ
せると、ＳＯ_X吸収量が多い排気入口近傍ではある温度
でＳＯ_Xが放出されるようになる。ところが、このよう
にして排気入口近傍で放出されたＳＯ_XはＮＯ _X吸収剤
内を排気出口側に到達するためには、ＳＯ_X吸収量の少
ない部分を比較的長い距離移動する必要があり、移動中
にＳＯ_X吸収量の少ないＮＯ_X吸収剤部分に再吸収され
てしまいＮＯ_X吸収剤の排気出口まで到達しない。この
ため、ＳＯ_X吸収量が少ない間はＳＯ_X放出が開始され
る温度までＮＯ_X吸収剤の温度を上げてもＮＯ_X吸収剤
全体としてはＳＯ_Xの放出は生じない。しかし、この状
態で更にＮＯ_X吸収剤温度を上昇させると、ＮＯ_X吸収
剤内でのＳＯ_Xの放出と再吸収との平衡が次第に放出側
にずれて放出量が再吸収量を上回るようになるため高温
ではＮＯ_X吸収剤全体としてＳＯ_Xが放出されるように
なる。

【００１９】一方、ＮＯ_X吸収剤に吸収されたＳＯ_X量
が増大すると次第にＮＯ_X吸収剤の出口側でもＳＯ_Xの
蓄積量が増大するようになる。このため、出口に近い領
域でもＳＯ_Xが放出されるようになるが、この領域で放
出されたＳＯ_XはＮＯ_X吸収剤内の長い距離を移動する
ことなく出口に到達するため、再吸収されずに出口に到
達するＳＯ_X量が増大する。また、ＮＯ_X吸収剤出口に
近い側ではＳＯ_X吸収量が増大したため、比較的低い温
度でもＳＯ_Xの放出量が再吸収量を上回るようになり、
放出されたＳＯ_Xは再吸収されずに出口に到達しやすく
なる傾向が生じる。このため、図８点線に示すように、
ＮＯ_X吸収剤のＳＯ_X吸収量が少ないうちは大幅に温度
を上昇させないとＮＯ_X吸収剤からのＳＯ_X放出が開始
されないが、ＳＯ_X吸収量が増大するにつれてＳＯ_X放
出が開始される温度が低下する現象が生じるのである。

【００２０】このことは、ＳＯ_X吸収量が比較的少ない
間はＮＯ_X吸収剤から吸収したＳＯ _Xを放出させること
は困難であり、通常の方法ではＳＯ_X吸収量の増大（Ｓ
Ｏ_X被毒の進行）を防止し得ないことを意味している。
しかし、ＮＯ_X吸収剤のＮＯ _X吸収能力を高く維持する
ためには、ＳＯ_X被毒が進行する前にＮＯ_X吸収剤から
吸収したＳＯ_Xを放出させる必要がある。

【００２１】ところで、上述の説明から判るように、Ｓ
Ｏ_X吸収量が低い間はＮＯ_X吸収剤から吸収したＳＯ_X
を放出させることが困難な理由は、吸収されたＳＯ_Xの
大部分がＮＯ_X吸収剤の排気入口付近に集中して蓄積さ
れており、この部分から放出されたＳＯ_XがＮＯ_X吸収
剤のＳＯ_X濃度が低い部分を通ってＮＯ_X吸収剤出口ま
で長い距離を移動しなければならないためである。した
がって、ＮＯ_X吸収剤の入口付近で放出されたＳＯ_Xを
従来のようにＮＯ_X吸収剤出口側ではなく、ＮＯ_X吸収
剤入口側に放出するようにすれば上記問題は解決できる
はずである。

【００２２】すなわち、ＮＯ_X吸収剤からＳＯ_Xを放出
させる場合に、ＳＯ_X吸収の際とは逆の向き（すなわ
ち、ＮＯ_X吸収剤の出口側から入口側に向けて）リッチ
空燃比の排気を流すようにすれば、ＮＯ_X吸収剤入口付
近で放出されたＳＯ_XはＮＯ_X吸収剤入口付近の短い距
離を移動するだけでＮＯ_X吸収剤入口側に到達すること
になる、また、ＮＯ_X吸収剤入口付近ではＮＯ_X吸収剤
中のＳＯ_X濃度が高くなっており放出されたＳＯ_Xは再
吸収されにくい。このため、ＮＯ_X吸収剤出口側から入
口側に向けて逆方向にリッチ空燃比の排気を流すように
することにより、ＮＯ_X吸収剤に再吸収されるＳＯ_X量
は大幅に低減されることになる。

【００２３】図８に実線で示したのは、図８点線と同じ
条件で排気を点線に示した場合と逆方向に流したときの
ＮＯ_X吸収剤からのＳＯ_X放出開始温度を計測した結果
である。図８実線から判るように、排気を逆方向に流し
た場合にはＳＯ_X放出開始温度はＳＯ_Xの吸収量によら
ず低い温度で略一定になっている。すなわち、ＳＯ_Xを
放出させる際に、ＳＯ_X吸収時の排気の流れ方向（順流
方向）とは逆の向き（逆流方向）に排気を流すことによ
り、ＳＯ_X吸収量が増大する前に容易に吸収したＳＯ_X
を放出させることが可能となる。

【００２４】以上は、ＮＯ_X吸収剤について説明した
が、ＳＯ_X吸収剤を設けて排気中のＳＯ_Xを除去するよ
うな構成において、ＳＯ_X吸収剤から吸収したＳＯ_Xを
放出させる際にも全く同様のことが当てはまる。本発明
は、上記に着目して、ＳＯ_Xを（またはＮＯ_Xとともに
ＳＯ_Xを）吸収する吸収剤から吸収したＳＯ_Xを放出さ
せる際に、ＳＯ_X吸収時とは逆方向に吸収剤中に排気を
流すことにより、排気をリッチ空燃比かつ高温に長時間
維持することなく吸収剤から効率的にＳＯ_Xを放出させ
るものである。

【００２５】すなわち、請求項１に記載の本発明では、
吸収剤からＳＯ_Xを放出させるときに、逆洗手段により
排気はＳＯ_X吸収時とは逆の方向に吸収剤中を流れ、同
時に排気空燃比調節手段により逆方向から吸収剤に流入
する排気空燃比はリッチまたは理論空燃比に維持される
ため吸収剤に吸収されたＳＯ_Xは、放出後再吸収される
ことなく吸収剤入口側から吸収剤外部に放出される。

【００２６】また、請求項２に記載の本発明では、逆洗
手段はＳＯ_X放出時に、排気切換弁により吸収剤上流側
から流入する排気を略遮断し、更に負圧源を排気切換弁
と吸収剤との間の排気通路に接続することにより、吸収
剤上流側の排気通路内の圧力を低下させ、吸収剤中を下
流側から上流側に向かう排気流を生じさせる。また，こ
のとき、排気空燃比調節手段により吸収剤下流側には還
元剤が供給されるため、下流側から吸収剤中に流入する
排気の空燃比はリッチまたは理論空燃比となる。このた
め、吸収剤中をリッチ空燃比の排気が逆流して流れるの
で吸収剤にに吸収されたＳＯ_Xが容易に放出される。

【００２７】さらに、請求項３に記載の本発明では、逆
洗手段は第１と第２の排気切換弁により、ＳＯ_X吸収時
には吸収剤上流側を排気通路に接続し、下流側を大気に
開放し吸収剤上流側から下流側に向けて排気を流すとと
もに、ＳＯ_X放出時には吸収剤下流側を排気通路に接続
し、上流側を大気に開放する。これにより、ＳＯ_X放出
時には吸収剤内を下流側から上流側に向けて排気が流れ
る。また、排気空燃比調節手段はこの時内燃機関への燃
料供給量を増大して機関をリッチ空燃比で運転する。こ
のため、ＳＯ_X放出時には、吸収剤中をリッチ空燃比の
排気が逆流して流れるので吸収剤に吸収されたＳＯ_Xが
容易に放出される。

【００２８】また、請求項４に記載の本発明では、排気
空燃比調節手段は、例えば機関運転条件に応じて機関運
転空燃比をリーンとリッチ空燃比との間で切り換える。
逆洗手段は、機関運転空燃比がリーン空燃比からリッチ
空燃比に切り換えられると、連通路両側に設けた排気切
換弁により連通路を通る排気の流れを逆向きに切り換え
る。これにより、リッチ空燃比運転時にはリーン空燃比
運転時と逆向きに吸収剤中を排気が流れるので、吸収剤
に吸収されたＳＯ_Xが容易に放出される。また、連通路
接続部までの分岐通路長さは略等しいため、リーン空燃
比運転時とリッチ空燃比運転時とで排気通路の流路長さ
が略等しくなり、切換による排気抵抗の差が生じない。

【００２９】さらに、請求項５に記載の本発明では、両
方の排気切換弁相互間では、第１のポートと第２のポー
トとは連通路中心軸線を含む平面に対して逆側に設けら
れているため、連通路両端の排気切換弁の切換動作途中
に第１のポートと第２のポートとの両方が連通路に開口
したときでも、それぞれの排気切換弁の第１のポートか
らもう一方の排気切換弁の第２のポートに向かう互いに
逆方向の２つの流れは交差しない。これにより、請求項
４の作用に加えて切換時に上記２つの流れが相互に干渉
して排気抵抗が増大することが防止される。

【００３０】

【実施例】以下、添付図面を用いて本発明の実施例を説
明する。図１は、本発明をディーゼルエンジンの排気浄
化装置に適用した場合の実施例の１つを示している。本
実施例は、ＮＯ_X吸収剤の上流側にＳＯ_Xを吸収するＳ
Ｏ_X吸収剤を配置し、ＳＯ_X吸収剤によりＳＯ_Xを除去
した排気をＮＯ_X吸収剤に流入させるようにしてＮＯ_X
吸収剤のＳＯ_X被毒を防止する構成を示しており、ＳＯ
_X吸収剤から吸収したＳＯ_Xを放出させる際に、吸収時
とは逆方向に排気を流すようにしている。

【００３１】図１において、１はディーゼルエンジン、
３はエンジン１の排気通路を示す。本実施例では、排気
通路３は２つの分岐通路３ａ、３ｂに分岐しており、そ
れぞれの分岐通路３ａ、３ｂには、上流側からＳＯ_X吸
収剤６ａ、６ｂ、ＮＯ_X吸収剤７ａ、７ｂが設けられて
いる。また、分岐通路３ａ、３ｂは、ＮＯ_X吸収剤７
ａ、７ｂの下流側で再び合流した後大気に開放されてい
る。

【００３２】分岐通路３ａ、３ｂの分岐部及び合流部に
は、それぞれ上流側排気切換弁４と下流側排気切換弁５
が設けられている。排気切換弁４、５は後述するエンジ
ン制御回路（ＥＣＵ）２０からの制御信号に応じて作動
し、エンジン１の排気の大部分を分岐通路３ａ、３ｂの
一方に導き、もう一方の分岐通路に流入する排気流量を
ゼロに近い値まで低減する。すなわち、図１に実線で示
す位置に排気切換弁４、５が切り換えられると、排気の
大部分は分岐通路３ｂを通過して流れ、分岐通路３ａを
通る排気流量はゼロに近い値まで低減される。また、同
様に排気切換弁４、５が図１に点線で示す位置に切り換
えられると、分岐通路３ｂを通る排気流量はゼロに近い
値まで低減される。図１に４ａ、５ａで示すのは、ＥＣ
Ｕ２０の制御信号に応じて排気切換弁４、５を上記の切
換位置に動作させる、例えば負圧アクチュエータ、ソレ
ノイド等の適宜な形式のアクチュエータである。

【００３３】また、図１に３０で示すのは、ＳＯ_X吸収
剤６ａ、６ｂからのＳＯ_X放出と、ＮＯ_X吸収剤７ａ、
７ｂの再生のために排気中に還元剤を供給する還元剤供
給装置である。還元剤供給装置３０は、加圧容器、ポン
プ等の還元剤供給源３０ｃを備え、分岐通路３ａ、３ｂ
のＳＯ_X吸収剤６ａ、６ｂとＮＯ_X吸収剤７ａ、７ｂと
の間の部分に還元剤を噴射する還元剤供給ノズル８ａ、
８ｂとを備えている。また、図１に３０ｄで示すのは、
ＥＣＵ２０の制御信号に応じてノズル８ａ、８ｂからの
還元剤噴射量を調節する制御弁である。

【００３４】還元剤供給装置３０から供給される還元剤
としては排気中でＣＯ等の還元成分やＨＣ成分を発生す
るものが使用され、本実施例では、例えば水素、一酸化
炭素等の還元性気体、プロパン、プロピレン、ブタン等
の気体または液体の炭化水素、ガソリン、軽油、灯油等
の液体燃料等が還元剤として使用できる。更に、本実施
例では各分岐通路３ａ、３ｂの排気切換弁４とＳＯ_X吸
収剤６ａ、６ｂとの間には排気入口ポート９ａ、９ｂが
設けられている。排気入口ポート９ａ、９ｂは、それぞ
れ三方弁１２を介して排気ポンプ１３の吸入口に接続さ
れている。また、排気ポンプ１３の吐出口は下流側排気
切換弁５の下流側の合流排気通路に設けられた排気出口
ポート１４に接続されている。排気ポンプ１３を作動さ
せ、排気切換弁４により一方の分岐通路（例えば分岐通
路３ａ）への排気の流入を略遮断し、三方弁１２を切り
換えてその分岐通路の排気入口ポート（９ａ）を排気ポ
ンプ１３に接続させることにより、ＳＯ_X吸収剤（６
ａ）の上流側分岐通路（３ａ）内は負圧になり、排気は
ＳＯ_X吸収剤（６ａ）下流側からＳＯ_X吸収剤（６ａ）
内を逆流して流れ、排気入口ポート（９ａ）から三方弁
１２、ポンプ１３を通って下流側の排気出口ポート１４
に排出される。

【００３５】本実施例においては、排気切換弁４、５お
よび三方弁１２、排気ポンプ１３は請求項に記載した逆
洗手段を、また還元剤供給装置３０は排気空燃比調節手
段をそれぞれ構成するものである。また、図１に２０で
示すのはエンジン１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）であ
る。ＥＣＵ３０はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入力ポー
ト、出力ポートを相互に双方向バスで接続した公知の構
成のディジタルコンピュータからなる。ＥＣＵ２０はエ
ンジンの燃料噴射量制御等の基本制御を行うほか、本実
施例ではＳＯ_X吸収剤６ａ、６ｂからのＳＯ_X放出処理
とＮＯ_X吸収剤７ａ、７ｂの再生操作の制御を行ってい
る。これらの制御のため、ＥＣＵ３０の入力ポートに
は、エンジン回転数、アクセル開度、吸入空気量、排気
温度等の信号がそれぞれ図示しないセンサから入力され
ており、また、出力ポートは還元剤供給装置３０の制御
弁３０ｄに接続され、ノズル８ａ、８ｂからの還元剤供
給量を制御している。

【００３６】ＮＯ_X吸収剤７ａ、７ｂ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Ｌi ，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
とが担持されている。このＮＯ_X吸収剤は流入する排気
の空燃比がリーンの場合にはＮＯ_Xを吸収し、酸素濃度
が低下するとＮＯ_Xを放出するＮＯ_Xの吸放出作用を行
う。

【００３７】なお、上述の排気空燃比とは、ここではエ
ンジン燃焼室、吸気通路およびＳＯ _X吸収剤６ａ、６ｂ
またはＮＯ_X吸収剤７ａ、７ｂに流入する排気中にそれ
ぞれ供給された空気量の合計と燃料及び還元剤の量との
合計の比を意味するものとする。従って、排気通路に燃
料や還元剤または空気が供給されない場合には排気空燃
比はエンジンの運転空燃比（エンジン燃焼室内の燃焼に
おける空燃比）と等しくなる。

【００３８】本実施例では、ディーゼルエンジンが使用
されるため、通常運転時の排気空燃比はリーンであり、
ＮＯ_X吸収剤７ａ、７ｂは排気中のＮＯ_Xの吸収を行
う。また、後述の操作によりＮＯ_X吸収剤７ａ、７ｂに
還元剤が供給され排気空燃比がリッチまたは理論空燃比
になると、流入する排気中の還元剤がＮＯ_X吸収剤７
ａ、７ｂ上で燃焼し、排気中の酸素濃度が低下するた
め、ＮＯ_X吸収剤７ａ、７ｂは吸収したＮＯ_Xの放出を
行う。

【００３９】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。しかし、この吸放出作用
は図２に示すようなメカニズムで行われているものと考
えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白金Ｐ
t 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。

【００４０】すなわち、流入排気がかなりリーンになる
と流入排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図２(A) に示
されるようにこれら酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-またはＯ^2-の形で
白金Ｐt の表面に付着する。一方、流入排気中のＮＯは
白金Ｐt の表面上でこのＯ₂ ^-またはＯ^2-と反応し、Ｎ
Ｏ₂となる（２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂ ) 。次いで生成さ
れたＮＯ₂の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸収剤内
に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら図２
(A) に示されるように硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形で吸収剤
内に拡散する。このようにしてＮＯ_XがＮＯ_X吸収剤７
ａ、７ｂ内に吸収される。

【００４１】従って、流入排気の空燃比がリーンであり
排気中の酸素濃度が高い限り白金Ｐt の表面でＮＯ₂が
生成され、吸収剤のＮＯ_X吸収能力が飽和しない限りＮ
Ｏ₂が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成
される。これに対して流入排気中の酸素濃度が低下して
ＮＯ₂の生成量が減少すると反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→
ＮＯ₂）に進み、吸収剤内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ
₂の形で吸収剤から放出される。すなわち、流入排気中
の酸素濃度が低下するとＮＯ_X吸収剤７ａ、７ｂからＮ
Ｏ_Xが放出されることになる。

【００４２】一方、流入排気中にＣＯ等の還元成分やＨ
Ｃ成分が存在すると、これらの成分は白金Ｐt 上の酸素
Ｏ₂ ^-またはＯ^2-と反応して酸化され、排気中の酸素を
消費して排気中の酸素濃度を低下させる。また、排気中
の酸素濃度低下によりＮＯ_X吸収剤７ａ、７ｂから放出
されたＮＯ₂は図２(B) に示すようにＨＣ，ＣＯと反応
して還元される。このようにして白金Ｐt の表面上にＮ
Ｏ₂が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ₂
が放出される。従って流入排気中のＨＣ，ＣＯ成分が存
在すると短時間のうちにＮＯ_X吸収剤からＮＯ_Xが放出
され、還元されることになる。

【００４３】すなわち、流入排気中のＨＣ，ＣＯは、ま
ず白金Ｐt 上のＯ₂ ^-またはＯ^2-と直ちに反応して酸化
され、次いで白金Ｐt 上のＯ₂ ^-またはＯ^2-が消費され
てもまだＨＣ，ＣＯが残っていればこのＨＣ，ＣＯによ
って吸収剤から放出されたＮＯ_Xおよび機関から排出さ
れたＮＯ_Xが還元される。次にＮＯ_X吸収剤のＳＯ_X被
毒のメカニズムについて説明する。

【００４４】排気中にＳＯ_X成分が含まれていると、Ｎ
Ｏ_X吸収剤は上述のＮＯ_Xの吸収と同じメカニズムで排
気中のＳＯ_Xを吸収する。すなわち、排気空燃比がリー
ンのときには酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-またはＯ^2-の形でＮＯ_X
吸収剤の白金Ｐｔ上に吸着されており、流入排気中のＳ
Ｏ_X（例えばＳＯ₂）は白金Ｐｔ上で酸化されてＳＯ ₃
となる。次いで生成されたＳＯ₃の一部は白金Ｐｔの表
面で更に酸化されつつＮＯ_X吸収剤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
形で吸収剤内に拡散し硫酸塩ＢａＳＯ₄を形成する。Ｂ
ａＳＯ₄は結晶が粗大化しやすく、比較的安定しやすい
ため一旦生成されると分解放出されにくい。このため、
時間の経過とともにＮＯ_X吸収剤中のＢａＳＯ₄の生成
量が増大するとＮＯ_Xの吸収に関与できるＢａＯの量が
減少してＮＯ_Xの吸収能力が低下してしまう。

【００４５】そこで、本実施例ではＮＯ_X吸収剤７ａ、
７ｂに流入する排気中からＳＯ_X成分を除去して、ＮＯ
_X吸収剤７ａ、７ｂのＳＯ_X被毒を防止するために、流
入する排気の空燃比がリーンのときにＳＯ_Xを吸収し、
流入する排気の酸素濃度が低下すると吸収したＳＯ_Xを
放出するＳＯ_X吸収剤６ａ、６ｂをＮＯ_X吸収剤７ａ、
７ｂの上流に配置している。このＳＯ_X吸収剤６ａ、６
ｂは流入する排気の空燃比がリーンのときにはＮＯ_Xと
ともに排気中のＳＯ_Xをも吸収するが、流入する排気の
酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_XとともにＳＯ_Xを
放出する。

【００４６】ＳＯ_X吸収剤６ａ、６ｂは、吸収したＳＯ
_Xが流入する排気の酸素濃度が低下したときに放出され
やすいように、吸収したＳＯ_Xを硫酸イオンＳＯ₄ ^-の
形で、或いは硫酸塩が生成されたとしても硫酸塩が安定
しない状態で吸収剤内に保持するものである必要があ
る。これを可能とするＳＯ_X吸収剤としては、アルミナ
の担体上に鉄Ｆｅ、銅Ｃｕ、マンガンＭｎ、ニッケルＮ
ｉ、錫Ｓｎ、チタンＴｉ及びリチウムＬｉのような金属
から選ばれた少なくとも一つを担持した構成のものがあ
り、アルミナからなる担体上にリチウムＬｉを担持した
ものが最も好ましいことが判明している。

【００４７】このＳＯ_X吸収剤では、流入する排気空燃
比がリーンのときに排気中のＳＯ₂が吸収剤の表面で酸
化されつつ硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形で吸収剤内に吸収さ
れ拡散するが、この場合ＳＯ_X吸収剤の担体上に白金Ｐ
ｔを担持させておくとＳＯ₂がＳＯ₃ ^2-の形で白金Ｐｔ
上に付着しやすくなり、これによりＳＯ₂が硫酸イオン
ＳＯ₄ ^2-の形で吸収剤内に吸収されやすくなる。従っ
て、排気中のＳＯ₂の吸収を促進するためにはＳＯ_X吸
収剤５の担体上に白金Ｐｔをも担持させることが好まし
い。このようなＳＯ_X吸収剤６ａ、６ｂをＮＯ_X吸収剤
７ａ、７ｂの上流側の排気通路に配置することにより、
排気の空燃比がリーンのときには排気中のＳＯ_XがＳＯ
_X吸収剤６ａ、６ｂに吸収され、下流側のＮＯ_X吸収剤
７ａ、７ｂにはＮＯ_Xのみが吸収される事になる。

【００４８】ところで、ＳＯ_X吸収剤は、ＮＯ_X吸収剤
の場合に較べて比較的容易に吸収したＳＯ_Xが放出され
るが、前述のように排気を逆流させることにより、より
短時間で完全に吸収したＳＯ_Xを放出させることが可能
となる。また、ＳＯ_X吸収時と同じ方向に排気を流して
ＳＯ_X吸収剤からＳＯ_Xを放出させたのでは、放出され
たＳＯ_Xは下流側のＮＯ_X吸収剤に流入し、ＮＯ_X吸収
剤に吸収されてしまう。そこで、本実施例では、ＳＯ_X
吸収剤６ａ、６ｂからＳＯ_Xを放出させるときには、Ｓ
Ｏ_X吸収剤中を逆流方向に排気を流すことにより、ＳＯ
_X吸収剤からのＳＯ_X放出を短時間で行うとともに、放
出されたＳＯ_XによりＮＯ_X吸収剤にＳＯ_X被毒を生じ
ることを防止している。

【００４９】次に、本実施例の装置の作動について説明
する。本実施例では、一方の分岐通路のＳＯ_X吸収剤と
ＮＯ_X吸収剤とで排気中のＳＯ_XとＮＯ_Xとを吸収して
いる間に、他方の分岐通路のＳＯ_X吸収剤からのＳＯ _X
放出処理とＮＯ_X吸収剤の再生操作とを行う。すなわ
ち、運転中は分岐通路３ａと３ｂ上の吸収剤を交互に再
生する操作をおこない、一方の分岐通路上の吸収剤の再
生時にも排気の流れを阻害しないようにしている。以
下、分岐通路３ｂ上のＳＯ_X吸収剤６ｂとＮＯ_X吸収剤
７ｂの再生処理について説明するが、ＳＯ_X吸収剤６
ａ、ＮＯ_X吸収剤７ａ、の処理も同様におこなわれる。

【００５０】先ず、排気中のＳＯ_XとＮＯ_Xの吸収につ
いて説明する。この場合、、排気切換弁４、５は図１の
実線の位置に切り換えられ、排気の略全量が分岐通路３
ｂ側のＳＯ_X吸収剤６ｂとＮＯ_X吸収剤７ｂを通過す
る。このとき、三方弁１２は排気入口ポート９ａとポン
プ１３とを接続する位置に切換られており、排気入口ポ
ート９ｂはポンプ１３には接続されておらず、また、還
元剤供給ノズル８ｂからの還元剤供給は停止される。こ
れにより、分岐通路３ｂに流入する排気は、先ずＳＯ_X
吸収剤６ｂを通過して、排気中のＳＯ_X成分が除去さ
れ、次いでＮＯ_X吸収剤７ｂを通過して排気中のＮＯ_X
成分が除去された後、大気に放出される。このように、
ＮＯ_X吸収剤７ｂに流入する排気中のＳＯ_X成分を予め
上流側のＳＯ_X吸収剤６ｂで除去することにより、ＮＯ
_X吸収剤７ｂのＳＯ_X被毒が防止され、常にＮＯ_X吸収
能力が高い状態に維持することができる。

【００５１】次いで、吸収剤からのＳＯ_XとＮＯ_Xの放
出について説明する。本実施例では、先ずＳＯ_X吸収剤
からのＳＯ_X放出操作を行ってからＮＯ_X吸収剤の再生
操作を行う。この場合、先ず排気切換弁４、５が図１の
点線の位置に切換られ、分岐通路３ｂに流入する排気流
量は大幅に低減される。次いで、この状態でポンプ１３
を作動し、三方弁１２により排気入口ポート９ｂをポン
プ１３に接続する。これにより、排気切換弁４を通過し
てくる少量の排気と、ＳＯ_X吸収剤６ｂ上流側の分岐通
路内の排気がポンプに吸引されて排気出口ポート１４か
ら排出されるため、ＳＯ_X吸収剤６ｂ上流側の分岐通路
内が負圧になり、下流側排気切換弁５の弁隙間を通って
下流側から排気が吸入され、ＮＯ_X吸収剤７ｂとＳＯ_X
吸収剤６ｂ内を下流側から上流側に向けて通過して排気
入口ポートに向かう排気の流れが生じる。また、この
時、還元剤供給ノズル８ｂからは還元剤がＳＯ_X吸収剤
６ｂに流入する排気中に噴射される。これにより、ＳＯ
_X吸収剤６ｂに流入する排気空燃比はリッチになり、Ｓ
Ｏ_X吸収剤６ｂ内をリッチ空燃比の排気が逆流して流れ
るため、ＳＯ_X吸収剤６ｂからは吸収したＳＯ_Xが放出
される。このＳＯ_Xは排気とともに、排気入口ポート９
ｂから吸い出されて、ポンプ１３を通って下流側の排気
出口ポート１４に排出されるため、放出されたＳＯ_Xに
よりＮＯ_X吸収剤７ｂが被毒することが防止される。ま
た、ＳＯ_X吸収剤６ｂ内を逆流方向に排気を通過させる
ことにより、ＳＯ_X吸収剤から短時間で完全にＳＯ_Xを
放出させることができる。

【００５２】また、この状態では、分岐通路３ｂ内を逆
流方向に通過する排気の流量は少なく、流速は比較的遅
いため還元剤供給ノズル９ｂから供給された還元剤の一
部は排気中を拡散して、ＮＯ_X吸収剤７ｂに到達する。
このため、ＮＯ_X吸収剤７ｂの上流側付近では吸収した
ＮＯ_X（及び、ＮＯ_X吸収時にＳＯ_X吸収剤６ｂを通過
してＮＯ_X吸収剤７ｂに吸収された微量のＳＯ_X）が放
出される。

【００５３】上記により、ＳＯ_X吸収剤６ｂからのＳＯ
_Xの放出が完了すると、次いでＮＯ _X吸収剤７ｂからの
ＮＯ_Xの放出及び還元浄化（再生）操作がおこなわれ
る。ＮＯ_X吸収剤７ｂの再生時には、排気切換弁４、５
の位置及び還元剤供給ノズル８ｂからの還元剤供給はそ
のままの状態に維持したままで、三方弁１２を切り換え
て排気入口ポート９ｂを閉鎖し、ポンプ１３を停止す
る。これにより、上流側排気切換弁４を通過してきた少
量の排気は、ポンプ１３に吸引されずにＳＯ_X吸収剤６
ｂに流入するようになり、分岐通路３ｂには順流方向に
排気が流れるよになる。このため、還元剤供給ノズル８
ｂから噴射された還元剤は排気とともにＮＯ_X吸収剤７
ｂ内に流入し、ＮＯ_X吸収剤７ｂには上流側からリッチ
空燃比の排気が供給される。これにより、ＮＯ_X吸収剤
７ｂから吸収したＮＯ_Xが放出され、還元剤により還元
浄化される。

【００５４】上記のＮＯ_X吸収剤７ｂの再生終了後は、
還元剤の供給が停止され、次回の吸収に備えて排気切換
弁４、５はこのままの状態に保持される。また、分岐通
路３ａ側の吸収剤のＳＯ_XとＮＯ_Xの吸収量が増大する
と、上記の操作が分岐通路３ａ側に繰り返される。本実
施例によれば、ＮＯ_X吸収剤７ａ、７ｂの上流側に設け
たＳＯ_X吸収剤６ａ、６ｂにより、ＮＯ_X吸収剤７ａ、
７ｂのＳＯ_X被毒が完全に防止されるとともに、ＳＯ_X
吸収剤６ａ、６ｂからのＳＯ_Xの放出を短時間で効率て
きに行うことが可能となる。

【００５５】なお、上記の実施例では、ポンプ１３と排
気入口ポート９ａ、９ｂとの接続を三方弁１２により切
り換えているが、三方弁１２の代わりに、それぞれのポ
ート９ａ、９ｂとポンプ１３とを接続する配管に個別に
遮断弁を設けるようにして、この遮断弁を交互に開閉し
て接続を切り換えても良い。また、上記実施例では、Ｓ
Ｏ_X放出処理終了後はポンプ１３を停止しているが、三
方弁１２を切り換えるだけで、ポンプ１３の作動を継続
させてもよい。さらに、この場合、ポンプ１３の過熱を
防止するために、ポンプ１３入口側の負圧が所定値以上
になったときに大気を吸い込むようにした負圧制御弁を
設けるようにしても良い。

【００５６】次に、図３を用いて本発明の別の実施例を
説明する。本実施例では、ＮＯ_X吸収剤の上流側にＳＯ
_X吸収剤を配置せず、ＮＯ_X吸収剤に排気中のＮＯ_Xと
ともにＳＯ_Xをも吸収させ、その代わりにＮＯ_X吸収剤
の再生時に吸収したＳＯ_Xを完全に放出させることによ
りＮＯ_X吸収剤のＳＯ_X被毒を防止している。

【００５７】図３において、図１と同一の参照符号は同
一の要素を示している。本実施例では、ＳＯ_X吸収剤は
設けられておらず、ＮＯ_X吸収剤は分岐通路３ａ側にの
み設けられている。すなわち、分岐通路３ｂはＮＯ_X吸
収剤７ａをバイパスする排気通路として機能する。ま
た、排気入口ポート９ａは遮断弁１２ａを介して排気ポ
ンプ１３に接続されており、ポンプ１３入口側には前述
の負圧制御弁１７が設けられている。さらに、分岐通路
３ａ、３ｂの合流部下流の排気通路にはリーン排気空燃
比条件下で排気中のＮＯ_Xを還元剤と選択的に反応させ
得る選択還元触媒２１が配置されている。選択還元触媒
２１としては例えば、ゼオライトＺＳＭ−５にＣｕ等の
金属をイオン交換して担持させたものが用いられる。選
択還元触媒２１はリーン雰囲気下で適量の還元成分が存
在するとＮＯ_Xを還元してＮ₂に転換することができる
ものである。

【００５８】本実施例では、ＮＯ_X吸収時は排気切換弁
４、５により排気の全量を分岐通路３ａ側に流し、排気
中のＮＯ_XをＮＯ_X吸収剤７ａに吸収させる。このと
き、ＮＯ_Xとともに、排気中のＳＯ_XもＮＯ_X吸収剤７
ａに吸収される。また、ＮＯ_X吸収後の排気は下流側排
気通路３に流入し、選択還元触媒２１を通過して大気に
放出される。

【００５９】また、本実施例では、ＮＯ_X吸収剤７ａか
らのＮＯ_Xの放出、還元と同時にＳＯ_Xの放出処理を行
う。すなわち、ＮＯ_X吸収剤７ａの再生時には、図１の
場合と同様に排気切換弁４、５を切り換えて、排気の略
全量を分岐通路３ｂ側に流し、分岐通路３ａに流入する
排気量を低減する。そして、遮断弁１２ａを開弁して排
気入口ポート９ａからＮＯ_X吸収剤７ａ上流側の分岐通
路３ａ内の排気を吸引する。これにより、下流側の排気
切換弁５から分岐通路３ａ内に排気が流入し、ＮＯ_X吸
収剤７ａ内を逆流方向に通過する排気の流れが生じる。
また、このとき還元剤供給ノズル８ａからはＮＯ_X吸収
剤７ａに流入する排気に還元剤が供給されるため、ＮＯ
_X吸収剤７ａ内には、ＮＯ_X（及びＳＯ_X）吸収時とは
逆の方向にリッチ空燃比の排気が流れる。このため、Ｎ
Ｏ_X吸収剤７ａからは吸収したＮＯ_Xが放出され、還元
剤により還元浄化されるとともに、吸収したＳＯ_XがＳ
Ｏ ₂の形で短時間のうちに排気入口ポート９ａ側に放出
される。このため、ＮＯ_X吸収剤の通常の再生操作に要
する時間と同程度の時間でＮＯ_X吸収剤の再生とＳＯ_X
の放出とを同時に行うことができる。

【００６０】上記により放出されたＳＯ_Xは、ポンプ１
３により分岐通路３ｂに設けられた排気出口ポート１４
から放出される。このため、ＮＯ_X吸収剤７ａ再生時に
は、機関１から排出された排気中のＮＯ_XとＳＯ_X及び
ＮＯ_X吸収剤７ａから放出されたＳＯ_Xとが下流側の選
択還元触媒２１に流入する。しかし、ＮＯ_X吸収剤７ａ
を通過して排気入口ポート９ａに流入する排気中には、
ノズル８ａから供給された還元剤の一部が含まれるた
め、選択還元触媒２１では、この還元剤により機関１か
ら排出されたＮＯ_Xが還元浄化される。また、選択還元
触媒２１は排気中のＳＯ_Xとの親和力が強い白金Ｐｔを
含まないため、排気中のＳＯ_Xは選択還元触媒２１には
吸収されず、これにより選択還元触媒２１にＳＯ_X被毒
を生じることはない。

【００６１】上述のように本実施例によれば、ＮＯ_X吸
収剤の上流側にＳＯ_X吸収剤を設けることなく、通常の
再生操作中に、ＮＯ_X吸収剤から吸収したＳＯ_Xを放出
させ、ＳＯ_X被毒を防止することが可能となる。次に、
図４を用いて本発明をリーン空燃比運転を行うガソリン
エンジンに適用した場合について説明する。

【００６２】本実施例では、還元剤供給装置は設けてお
らず、エンジンへの燃料供給量を増大して、エンジンの
運転空燃比をリーン空燃比からリッチまたは理論空燃比
に切り換えることにより、ＮＯ_X吸収剤に流入する排気
空燃比をリッチまたは理論空燃比にする。すなわち、エ
ンジンの運転空燃比がリーン空燃比からリッチまたは理
論空燃比切り換えられると、排気中の酸素濃度は大幅に
低下するとともに、エンジンから排出される未燃ＨＣ、
ＣＯ等の成分が増大する。このため、ＮＯ_X吸収剤から
はＮＯ_Xが放出されるとともに放出されたＮＯ_Xが排気
中の未燃ＨＣ、ＣＯ等により還元浄化される。

【００６３】図４において、４１は希薄燃焼などのリー
ン空燃比運転を行うエンジン、４３はエンジン４１の排
気通路、４７は排気通路４３に配置されたＮＯ_X吸収剤
を示す。また、排気通路４３のＮＯ_X吸収剤４７上流側
および下流側にはそれぞれ上流側遮断弁４４、下流側遮
断弁４５が設けられ、排気通路４３を閉塞するようにな
っている。また、図４に４３ａで示したのは、上流側遮
断弁４４のさらに上流側の排気通路４３部分と、排気通
路４３のＮＯ_X吸収剤４７と下流側遮断弁４５との間の
部分とを接続する排気切換通路である。排気切換通路４
３ａには、この排気切換通路４３ａを開閉する遮断弁４
６が設けられている。

【００６４】さらに、上流側遮断弁４４とＮＯ_X吸収剤
４７との間の排気通路４３部分には、大気に連通する排
気切換通路４３ｂが接続され、排気切換通路４３ｂ上に
は、この排気通路４３ｂを開閉する遮断弁４８が設けら
れている。図４に４４ａ、４５ａ、４６ａ、４８ａで示
したのは、エンジン制御回路２０からの制御信号に応じ
て遮断弁４４、４５、４６、４８を開閉駆動する、負圧
アクチュエータ等の適宜な形式のアクチュエータであ
る。

【００６５】また、図４に２０で示すのは、図１と同様
なエンジン制御回路（ＥＣＵ）である。本実施例では、
ＥＣＵ２０は、図示しない燃料噴射弁を制御して、エン
ジン４１に供給される燃料量を運転状態に応じて制御す
るとともに、ＮＯ_X吸収剤４７の再生時にはエンジンへ
の燃料供給量を増量してエンジン運転空燃比をリッチ
（または理論空燃比）に切り換える操作を行うととも
に、遮断弁４４から４６及び４８を切り換えて、ＮＯ_X
吸収剤４７中を逆流方向に排気を流す操作を行う。すな
わち、本実施例では、ＥＣＵ２０は排気空燃比調節手段
として、また、排気切換通路４３ａ、４３ｂ、及び遮断
弁４４から４６、４８は逆洗手段として、それぞれ機能
する。

【００６６】次に、本実施例の排気浄化装置の作動につ
いて説明する。本実施例では、ＥＣＵ２０は、エンジン
をリーン空燃比で運転している時には、遮断弁４６と４
８とを閉弁し、遮断弁４４と４５とを開弁する。これに
より、エンジン排気は、排気通路４３からＮＯ_X吸収剤
４７を通過して流れ、排気中のＮＯ_XがＮＯ_X吸収剤４
７に吸収される。このとき、排気中のＳＯ_Xも、ＮＯ_X
とともにＮＯ_X吸収剤４７に吸収される。

【００６７】ＮＯ_X吸収剤４７から吸収したＮＯ_XとＳ
Ｏ_Xとを放出させる際には、ＥＣＵ２０は遮断弁４６と
４８とを開弁し、遮断弁４４と４５とを閉弁する。これ
により、排気通路４３の排気は排気切換通路４３ａか
ら、ＮＯ_X吸収剤４７の下流側に供給され、ＮＯ_X吸収
剤４７内を下流側から上流側に向けて通過して排気切換
通路４３ｂから排出される。また、このとき同時にＥＣ
Ｕ２０はエンジン４１への燃料供給量を増大して、エン
ジン４１をリッチ空燃比で運転する。

【００６８】これにより、ＮＯ_X吸収剤４７中をリッチ
空燃比の排気が、ＳＯ_X（及びＮＯ _X）吸収時とは逆の
方向に通過することになり、ＮＯ_X吸収剤４７からＮＯ
_Xが放出され、排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ等により還元浄
化される。また、逆流方向の排気流により、ＮＯ_X吸収
剤４７に吸収されたＳＯ_Xが短時間で放出される。本実
施例によれば、前述の実施例のように還元剤供給装置や
排気ポンプ等を必要とせずに簡易にＮＯ_X吸収剤からの
ＳＯ_X放出を行うことができる。また、本実施例では、
エンジン運転空燃比そのものがリッチ空燃比に切り換え
られ、排気の全量をＮＯ_X吸収剤に通過させることがで
きるため、ＳＯ_X放出時の排気の空間速度（ＳＶ）を高
く維持することができるためＳＯ_X放出をさらに効果的
に行うことができる。

【００６９】なお、図４の実施例では、ＥＣＵ２０はＮ
Ｏ_X吸収剤の再生を行うためにエンジン４１の空燃比を
リーンからリッチに切り換えているが、例えば、希薄燃
焼を行うエンジンなどでは、機関負荷が増大する領域で
はリッチ空燃比運転を行うのが通常である。そこで、図
４の実施例において、通常時は機関運転条件の変化によ
りエンジン空燃比がリーンからリッチに切り換えられる
毎に遮断弁４３から４６、４７を切り換えてＮＯ_X吸収
剤の再生とＳＯ_X放出とを行うようにするとともに、機
関運転条件によりリーン空燃比運転が長時間続いたとき
には強制的にエンジン運転空燃比をリッチ空燃比に切り
換えて上記再生操作を行うようにしてもよい。

【００７０】また、図４の実施例ではＮＯ_X吸収剤の再
生を行う際に、常にＮＯ_X吸収剤内を逆流方向に排気を
流して同時にＳＯ_Xの放出を行っていたが、エンジンの
排気、特にガソリンエンジンの排気に含まれるＳＯ_X量
は極めて僅かであるため、ＮＯ_X吸収剤の再生と同一の
頻度でＳＯ_Xの放出操作を行う必要はない。そこで、図
４の実施例において、通常のＮＯ_X吸収剤再生時には吸
収時と同じ順流方向に排気を流したままエンジン空燃比
をリッチにすることによりＮＯ_X吸収剤４７の再生を行
い。例えば、加速時や高負荷時等のようにエンジン排気
温度が上昇し、かつ機関運転空燃比がリッチになる状態
が生じたとき、すなわち、排気の状態がＳＯ_X放出に有
利なリッチかつ高温になったときにのみ、遮断弁４３か
ら４６、４８を切り換えて、ＮＯ_X吸収剤４７中を逆流
方向に排気を流してＳＯ_Xを放出させても良い。

【００７１】次に、図５に本発明の更に別の実施例を示
す。本実施例も、図４の実施例と同様にエンジンの運転
空燃比をリーンからリッチに切り換えることにより、Ｎ
Ｏ_X吸収剤に流入する排気空燃比をリッチにする場合を
示している。図５において、５１は希薄燃焼等のリーン
空燃比運転を行うガソリンエンジン、５３はエンジン５
１の排気通路を示す。本実施例では、エンジン１の排気
通路は２つの分岐通路５３ａ、５３ｂに分岐しており、
この分岐通路５３ａ、５３ｂ下流側はそれぞれ大気に開
放されている。

【００７２】また、分岐通路５３ａ、５３ｂの排気通路
からの分岐点から略等距離ある部分は、互いに連通路５
５により接続されており、ＮＯ_X吸収剤５７はこの連通
路５５上に配置されている。また、連通路５５と分岐通
路５３ａ、５３ｂとの接続部５６ａ、５６ｂには、それ
ぞれ排気切換弁５８ａ、５８ｂが設けられている。排気
切換弁５８ａ、５８ｂは、本実施例では図５に示すよう
に、それぞれ回動軸５８１ａ、５８１ｂのまわりを回動
する板状の弁体５８２ａ、５８２ｂ及び、エンジン制御
回路（ＥＣＵ）２０からの制御信号に応じて回動軸５８
１ａ、５８１ｂを駆動する負圧アクチュエータなどの適
宜な形式のアクチュエータ５８３ａ、５８３ｂを備えて
いる。

【００７３】本実施例では、排気切換弁５８ａ、５８ｂ
を切り換えることにより、ＮＯ_X吸収剤５７を流れる排
気の方向を逆転させる。すなわち、図５に実線で示す位
置に排気切換弁５８ａ、５８ｂの弁体５８２ａ、５８２
ｂが切り換えられると、接続部５６ａでは、分岐通路５
３ａの接続部より下流側（大気開放側）の部分５３２ａ
は連通路５５から遮断され、連通路５５は分岐通路５３
ａの接続部より上流側（エンジン側）の部分５３１ａに
接続され、同様に、接続部５６ｂでは、連通路は分岐通
路５３ｂの上流側部分５３１ｂから遮断され、下流側部
分５３２ｂに接続される。これにより、排気は分岐通路
５３ａの上流側部分５３１ａから連通路５５に流入し、
ＮＯ_X吸収剤５７を通過して分岐通路５３ｂの下流側部
分５３２ｂを通って排出される。

【００７４】一方、図５に点線で示す位置に排気切換弁
５８ａ、５８ｂが切り換えられると、排気は分岐通路５
３ｂの上流側部分５３１ｂから連通路に流入し、ＮＯ_X
吸収剤５７を上記とは逆方向に通過して分岐通路５３ａ
の下流側部分５３２ｂを通って排出される。本実施例で
は、ＥＣＵ２０はエンジン負荷等の運転条件に応じてエ
ンジン５１への燃料供給量を増大し、エンジンの運転空
燃比をリーンとリッチまたは理論空燃比との間で切り換
える。また、ＥＣＵ２０はリーン空燃比での運転を行う
ときには、排気切換弁５８ａ、５８ｂを例えば図５に実
線で示した位置に保持する。これにより、ＮＯ_X吸収剤
５７には、接続部５６ａ側から接続部５６ｂ側に向けて
リーン空燃比の排気が通過し、排気中のＮＯ_X（及びＳ
Ｏ_X）がＮＯ_X吸収剤５７中に吸収される。

【００７５】また、ＥＣＵ２０は、エンジン５１の運転
空燃比をリッチ空燃比に切り換えるときには、排気切換
弁５８ａ、５８ｂをそれぞれ上記とは逆の位置（図５、
点線の位置）に切り換える。これにより、ＮＯ_X吸収剤
５７には吸収時とは逆の向きに（接続部５６ｂから接続
部５６ａに向けて）リッチ空燃比の排気が流れるためＮ
Ｏ_X吸収剤５７の再生とＳＯ_X放出とが同時に行われ
る。

【００７６】本実施例によれば、図４の実施例に較べて
少ない数の弁でＮＯ_X吸収剤内の排気の流れを切り換え
ることができるため、装置が小型化される利点がある。
また、接続部５６ａ、５６ｂを分岐通路５３ａ、５３ｂ
の分岐点から略等距離に設けたことにより、排気の流れ
方向を切り換えても排気流路長は変化せず、排気抵抗が
変動しないため、切換によるエンジン出力の変化を少な
くすることができる利点がある。

【００７７】図６は、図５の排気切換弁５８ａ、５８ｂ
の別の構成例を示す。本実施例では、排気切換弁５８
ａ、５８ｂの弁体の回動軸５８１ａ、５８１ｂは連通路
５５の中心軸線５５１を含む同一の平面上に配置されて
おり、各排気切換弁５８ａ、５８ｂにおいて、分岐通路
上流側部分との接続ポート５８８ａ、５８８ｂと下流側
部分との接続ポート５８９ａ、５８９ｂとは上記平面に
対して略対称の位置に配置されている。また、本実施例
では、排気切換弁５８ａの、上記接続ポート５８８ａと
５８９ａは、上記平面に対して、それぞれ排気切換弁５
８ｂの上記接続ポート５８９ｂ、５８８ｂと同じ側に設
けられている。すなわち、排気切換弁５８ａのポート５
８８ａ、５８９ａの配置は、排気切換弁５８ｂのポート
５８８ｂ、５８９ｂの配置と逆になっている。

【００７８】排気切換弁５８ａ、５８ｂは、切換作動時
に弁体５８２ａ、５８２ｂの移動に伴って一時的に分岐
通路の上流側部分（５３１ａ、５３２ａ）と下流側部分
（５３２ａ、５３２ｂ）が同時に連通路５５に接続され
てしまう期間が生じる。このような場合、５８ａのポー
ト５８８ａから弁５８ｂのポート５８９ｂに向かう排気
の流れと、弁５８ｂのポート５８８ｂから弁５８ａのポ
ート５８９ａに向かう排気の流れとの互いに逆方向の２
つの流れが連通路５５内に同時に生じることになる。

【００７９】ところが、図５の実施例のように、弁５８
ａのポート５８８ａと弁５８ｂのポート５８８ｂ、及
び、弁５８ｂのポート５８８ｂと弁５８ａのポート５８
９ａが、連通路５５の中心軸線を含む平面に対してそれ
ぞれ同じ側に設けられていると、上記２つの流れは連通
路５５内で交差し、相互に干渉し合うため連通路５５の
排気抵抗が一時的に大きくなってしまい、切換時にエン
ジン出力が変動する問題が生じる。

【００８０】これに対して、本実施例では図６に示すよ
うに、排気切換弁５８ａ、５８ｂの弁体の回動軸５８１
ａ、５８１ｂを連通路５５の中心軸線５５１を含む同一
の平面上に配置し、排気切換弁のポート５８８ａと５８
８ｂ及び、ポート５８９ａと５８９ｂがそれぞれ中心軸
線５５１を含む平面に対して逆側にくるように配置して
いるため、上記２つの流れは連通路５５内で平行になり
交差しない。このため、排気切換弁の切換動作時にも排
気抵抗が増大せず、出力変動が生じることが防止され
る。

【００８１】

【発明の効果】本発明によれば、吸収剤からＳＯ_Xを放
出させる際に、吸収剤内を、ＳＯ_X吸収時とは逆の方向
に排気を通過させることにより、短時間で効果的に吸収
剤からＳＯ_Xを放出させることが可能となるため、ＮＯ
_X吸収剤のＳＯ_X被毒によるＮＯ_X吸収能力低下を完全
に防止できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す図である。

【図２】ＮＯ_X吸収剤のＮＯ_Xの吸放出作用を説明する
図である。

【図３】本発明の一実施例の構成を示す図である。

【図４】本発明の一実施例の構成を示す図である。

【図５】本発明の一実施例の構成を示す図である。

【図６】本発明の一実施例の構成を示す図である。

【図７】本発明の作用を説明する図である。

【図８】本発明の作用を説明する図である。

【符号の説明】

１…エンジン本体３…排気通路４，５，…排気切換弁６ａ，６ｂ…ＳＯ_X吸収剤７ａ，７ｂ…ＮＯ_X吸収剤１２…三方弁１３…排気ポンプ２０…エンジン制御回路３０…還元剤供給装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＢ０１Ｊ 38/10 ＺＡＢＦ０１Ｎ 3/10 ＺＡＢＡＦ０１Ｎ 3/08 ＺＡＢ 3/24 Ｅ 3/10 ＺＡＢＲ 3/24 ＺＡＢＣＦ０２Ｄ 41/04 ３０５ＺＺＡＢ 43/00 ３０１ＥＦ０２Ｄ 41/04 ３０５３０１Ｚ 43/00 ３０１Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢ１０１Ｂ (56)参考文献特開平６−66129（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−159716（ＪＰ，Ａ) 特開平１−182518（ＪＰ，Ａ) 特開平５−179928（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/24 B01D 53/14 B01D 53/86 B01D 53/94 B01J 38/10 F02D 41/04 F02D 43/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に配置された、排気
空燃比がリーンのときに流入する排気中の硫黄酸化物を
吸収し、流入する排気の酸素濃度が低下したときに吸収
した硫黄酸化物を放出する吸収剤と、前記吸収剤に排気中の硫黄酸化物を吸収させるときには
排気を第１の方向に吸収剤中を通過させ、前記吸収剤か
ら吸収した硫黄酸化物を放出させるときには、排気を前
記第１の方向と反対の第２の方向に吸収剤中を通過させ
る逆洗手段と、前記逆洗手段により前記第２の方向に排気を流すとき
に、吸収剤に流入する排気の空燃比をリッチまたは理論
空燃比とする排気空燃比調節手段とを備えた内燃機関の
排気浄化装置。
【請求項２】前記逆洗手段は、前記吸収剤上流側排気
通路に設けられ前記吸収剤への排気の流入を略遮断する
排気切換弁と、該排気切換弁と吸収剤との間の排気通路
に接続可能な負圧源とを備え、前記排気空燃比調節手段は、前記吸収剤下流側排気通路
に還元剤を供給する還元剤供給装置を備え、前記逆洗手段は、吸収剤に排気中の硫黄酸化物を吸収さ
せるときには前記排気切換弁を開弁して吸収剤中を上流
側から下流側に向けて排気を通過させるとともに、吸収
剤から硫黄酸化物を放出させるときには、前記排気切換
弁を閉弁して前記負圧源を前記排気通路に接続すること
により吸収剤中を下流側から上流側に向けて排気を通過
させ、前記排気空燃比調節手段は、吸収剤から硫黄酸化物を放
出させるときに前記還元剤供給装置から吸収剤下流側排
気通路に還元剤を供給することにより吸収剤に流入する
排気の空燃比をリッチまたは理論空燃比とする請求項１
に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】前記排気空燃比調節手段は、吸収剤から
硫黄酸化物を放出させるときに前記内燃機関の運転空燃
比をリッチまたは理論空燃比に制御する空燃比制御手段
を備え、前記逆洗手段は、前記吸収剤の上流側と下流側との一方
を前記内燃機関の排気通路に選択的に接続する第１の排
気切換手段と、前記吸収剤の上流側と下流側との一方を
選択的に大気に開放する第２の排気切換手段とを備え、
吸収剤に排気中の硫黄酸化物を吸収させるときには前記
第１の排気切換手段により内燃機関の排気通路を吸収剤
の上流側に接続するとともに前記第２の排気切換手段に
より吸収剤下流側を大気に開放し、吸収剤から硫黄酸化
物を放出させるときには前記第１の排気切換手段により
内燃機関の排気通路を吸収剤の下流側に接続するととも
に前記第２の排気切換手段により吸収剤上流側を大気に
開放する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】前記内燃機関の排気通路は、それぞれ大
気に開放された２つの分岐通路を備えるとともに、前記
吸収剤は、前記２つの分岐通路上の分岐点から略等距離
にある部分を相互に接続する連通路上に配置され、前記排気空燃比調節手段は、機関運転空燃比をリッチま
たは理論空燃比に制御する空燃比制御手段を備え、前記逆洗手段は、前記連通路と前記分岐通路とのそれぞ
れの接続部に設けられた、前記分岐通路の接続部上流側
と下流側との一方を選択的に前記連通路に接続する排気
切換弁を備え、機関がリーン空燃比で運転されるときに
は一方の排気切換弁を前記分岐通路の接続部上流側が前
記連通路に接続される位置に、かつ他方の排気切換弁を
前記分岐通路の接続部下流側が前記連通路に接続される
位置に保持し、機関がリッチまたは理論空燃比で運転さ
れるときには、前記それぞれの排気切換弁を前記機関リ
ーン空燃比運転時の位置とは逆の接続位置に切り換える
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】前記それぞれの排気切換弁は、前記連通路を前記分岐通路の前記接続部上流側に連通す
る第１のポートと、前記連通路を前記分岐通路の前記接続部下流側に連通す
る第２のポートと、回動軸と、該回動軸まわりに回動して前記第１のポート
と第２のポートとの一方を選択的に閉鎖する板状の弁体
とを備え、前記それぞれの排気切換弁の前記回動軸は、前記連通路
の中心軸線を含む同一の平面内に配置され、同一の排気
切換弁においては前記第１のポートと第２のポートとは
前記平面に対して互いに対称の位置に配置されるととも
に、排気切換弁相互間では、前記第１のポートと第２の
ポートとの位置関係は前記平面に対して反対になるよう
に配置されている請求項４に記載の内燃機関の排気浄化
装置。